Nueva geometría de elementos de filtración.

Elemento de filtración (I) para la filtración de un medio fluido que comprende un soporte (1) poroso rígido de forma cilíndrica que presenta un eje central longitudinal (A) y que comprende una pluralidad de canales (C01,

C11, C12... C21, C22...Cn1, Cn2...) para la circulación del medio fluido a filtrar con vistas a recuperar un filtrado en la periferia (11) del soporte (1), dispuestos en el soporte (1) paralelamente a su eje central (A), definiendo dichos canales (C01, C11, C12... C21, C22... Cn1, Cn2...), en particular, unas coronas de filtración (F1, F2...Fn), constituyendo cada corona una zona de filtración definida como un conjunto de canales idénticos situados en un círculo, estando las coronas de filtración distribuidas en unos círculos concéntricos, por lo menos en número de tres, en cada una de las cuales:

- los canales (C11, C12... C21, C22...Cn1, Cn2...) son de sección recta transversal no circular, presentando la sección recta transversal de cada canal un eje de simetría (X, X1... Xn, X11,... X21..., Xn1...) que pasa por el centro del soporte,

- dos canales contiguos están separados por unos carriles (P, P1, P2...Pn, P11..., P21..., Pn1...) de paso y de unión, presentando dichos carriles (P, P1, P2...Pn, P11,... P21..., Pn1...) de paso y de unión un eje de simetría (Y, Y1, Y2...Yn, Y11..., Y21..., Yn1...) que pasa por el centro del soporte,

- las relaciones entre los diámetros hidráulicos de dos canales cualesquiera (C11, C12... C21, C22...Cn1, Cn2...) de las coronas de filtración pertenecen todas al intervalo 0,75-1,25, preferentemente al intervalo 0,95-1,05, estando dichas coronas de filtración (F1, F2...Fn) distribuidas de manera concéntrica y separadas las unas de las otras por una zona porosa continua (F1, F2...Fn-1), sin entrelazado entre dos coronas adyacentes, y a nivel de las tres coronas más próximas de la periferia del soporte denominadas coronas de rango n, n-1 y n-2, existe por lo menos una alineación sustancial de 3 ejes adyacentes, situados por el mismo lado con respecto al centro del soporte, tomados entre los ejes (Y, Y1, Y2...Yn, Y11,... Y21..., Yn1...) de los carriles de paso y de unión y los ejes (X, X1...Xn, X11..., X21..., Xn1...) de los canales, que favorece la resistencia mecánica del soporte, entendiéndose que cuando el elemento de filtración presenta más de tres coronas de filtración, existe por lo menos una corona entre las tres coronas más próximas de la periferia del soporte denominadas coronas de rango n, n-1 y n-2 cuyo número de canales no es un múltiplo del número de canales de la corona más próxima del centro del soporte, denominada corona de rango 1.

Nueva geometría de elementos de filtración.

La presente invención se refiere al campo técnico de la separación tangencial que utiliza unos elementos de filtración adaptados para asegurar la separación de las moléculas o de las partículas contenidas en un medio fluido a tratar. El objeto de la invención se refiere, más precisamente, a nuevos elementos de filtración que comprenden un soporte poroso rígido en el que están distribuidos unos canales de circulación para el fluido a filtrar, presentando dicho soporte una geometría original.

El objeto de la invención encuentra una aplicación particularmente ventajosa en el campo de la filtración en el sentido amplio, y en particular la nanofiltración, la ultrafiltración, la microfiltración, o la ósmosis inversa.

En el estado de la técnica, se conocen numerosos elementos de filtración realizados a partir de un soporte de carácter tubular o plano. Se han propuesto en particular unos elementos de filtración de tipo tubular que comprenden un soporte poroso, por ejemplo de materia inorgánica, tal como de cerámica, en el que están distribuidos una serie de canales. Este soporte puede estar asociado a una o varias capas separadoras, por ejemplo de materia inorgánica, depositadas en la superficie de cada canal de circulación y unidas entre sí y al soporte por sinterizado. Estas capas permiten ajustar el poder de filtración del elemento de filtración.

En el campo de los elementos de filtración tubulares, el soporte poroso rígido es de forma alargada y presenta una sección transversal recta, lo más frecuentemente poligonal o circular. Ya han sido propuestos numerosos soportes que comprenden una pluralidad de canales paralelos entre sí y al eje longitudinal del soporte poroso, en particular por la solicitante. Por ejemplo, unos elementos de filtración que comprenden una serie de canales no circulares son descritos en la solicitud de patente WO 93 07959 a nombre de CERASIV, la solicitud de patente EP 0 780 148 a nombre de CORNING, la solicitud de patente WO 00/29098 a nombre de ORELIS, las patentes EP 0 778 073 y EP 0 778 074 a nombre de la solicitante y las solicitudes de patente WO 01/62370 a nombre de la compañía de Céramiques Techniques, y el documento FR 2 898 513 a nombre de ORELIS. En funcionamiento, los canales comunican, por un lado, con una cámara de entrada para el medio fluido a tratar y, por el otro lado, con una cámara de salida. La superficie de los canales está, lo más frecuentemente, recubierta de por lo menos una capa separadora que asegura la separación de las moléculas o de las partículas contenidas en el medio fluido que circula en el interior de los canales, según un sentido dado, de un extremo de los canales, denominado de entrada, al otro extremo, denominado de salida. Un elemento de filtración de este tipo realiza, por efecto de tamiz, una separación de las especies moleculares o particulares del producto a tratar, en la medida en la que todas las partículas o moléculas superiores al diámetro de los poros de la zona del elemento de filtración con el que están en contacto son detenidas. Durante la separación, la transferencia del fluido se efectúa a través del soporte y eventualmente de la o las capas separadoras cuando éstas están presentes, y el fluido se extiende en la porosidad del soporte para dirigirse hacia la superficie exterior del soporte poroso. La parte del fluido a tratar que ha atravesado la capa de separación y el soporte poroso se denomina permeado o filtrado y se encuentra recuperada por una cámara de recogida que rodea el elemento de filtración.

El documento EP 0 780 148 describe un elemento de filtración con unos canales, separados por unos carriles de paso, que forman unas coronas concéntricas, estando los canales de las coronas desplazados.

Para aumentar la superficie de los canales que permiten la filtración del fluido, se trata frecuentemente de disponer en el interior de un mismo soporte un número importante de canales. Debido al número importante de canales, el número de disposiciones posible de los canales, los unos con respecto a los otros, es elevado. En este contexto, la solicitante, en el afán por ofrecer nuevos elementos de filtración propone, en el marco de la presente invención, una nueva geometría de soporte.

La presente invención se refiere a un elemento de filtración para la filtración de un medio fluido que comprende un soporte poroso rígido de forma cilíndrica que presenta un eje central longitudinal y que comprende una pluralidad de canales para la circulación del medio fluido a filtrar para recuperar un filtrado en la periferia del soporte, distribuidos en el soporte paralelamente a su eje central, representando la superficie total de las secciones rectas transversales del conjunto de los canales distribuidos en el soporte por lo menos el 42% de la superficie total de la sección recta transversal del soporte y definiendo dichos canales, en particular, unas coronas de filtración, por lo menos en un número de tres, en cada una de las cuales:

- los canales son de sección recta transversal no circular, presentando la sección recta transversal de cada canal un eje de simetría que pasa por el centro del soporte, -dos canales contiguos están separados por unos carriles de paso y de unión, presentando dichos carriles de paso y de unión un eje de simetría que pasa por el centro del soporte, -las relaciones entre dos diámetros hidráulicos cualesquiera de los canales que pertenecen a las coronas de filtración corresponden todas al intervalo 0, 75 -1, 25, preferentemente al intervalo 0, 95 -1, 05.

Además, las coronas de filtración están distribuidas de manera concéntrica, y separadas las unas de las otras por una zona porosa continua, sin entrelazado entre dos coronas adyacentes. Por otro lado, si el elemento de filtración según la invención presenta más de tres coronas de filtración, existe por lo menos una corona entre las tres coronas más próximas de la periferia del soporte, denominadas coronas de rango n, n-1 y n-2 cuyo número de canales no es un múltiplo del número de canales de la corona más próxima del centro del soporte, denominada corona de rango 1.

Según una característica esencial, a nivel de las tres coronas más próximas de la periferia del soporte denominadas coronas de rango n, n-1 y n-2, existe por lo menos una alineación sustancial de 3 ejes adyacentes tomados entre los ejes de los carriles de paso y de unión y los ejes de los canales, que favorece la resistencia mecánica del soporte. En otras palabras, existe en la corona n, un eje de un carril de paso y de unión o un eje de un canal que está sustancialmente alineado con un eje de un carril de paso y de unión o un eje de un canal de la corona n-1, que está sustancialmente alineado a su vez con un eje de un carril de paso y de unión o un eje de un canal de la corona n-2, estando estos tres ejes sustancialmente alineados situados en el mismo lado con respecto al centro A del soporte y son denominados adyacentes.

Tales elementos de filtración, que presentan una transparencia elevada son muy interesantes por su capacidad filtrante.

Además, en el marco de la invención, la solicitante ha evaluado los campos de tensiones existentes dentro de los soportes que comprenden una serie de por lo menos 3 coronas de canales y ha puesto en evidencia que la tensión máxima se encontraba a nivel de las coronas más próximas de la periferia del soporte. La solicitante propone seleccionar unos posicionamientos particulares de las tres coronas más próximas de la periferia del soporte, en un afán de mejorar los rendimientos mecánicos del elemento de filtración.

Según un primer modo de realización, la alineación sustancial entre los ejes de los carriles de paso y de unión y los ejes de los canales que favorece la resistencia mecánica del soporte corresponde al hecho de que por lo menos un eje de un carril de paso y de unión de la corona más próxima de la periferia del soporte, denominada corona de rango n, está sustancialmente alineado con el eje de un canal adyacente de la corona de rango inferior n-1, estando dicho eje del canal sustancialmente alineado con el eje de un carril de paso y de unión adyacente de la corona de rango inferior n-2.

Según un segundo modo de realización, la alineación sustancial entre los ejes de los carriles de paso y de unión y los ejes de los canales que favorece la resistencia mecánica del soporte corresponde al hecho de que por lo menos un eje de un canal de la corona más próxima de la periferia del soporte, denominada corona de rango n, está sustancialmente alineada con el eje de un carril de paso y de unión adyacente de la corona de rango inferior n-1, estando dicho eje de carril de paso y... [Seguir leyendo]

1. Elemento de filtración (I) para la filtración de un medio fluido que comprende un soporte (1) poroso rígido de forma cilíndrica que presenta un eje central longitudinal (A) y que comprende una pluralidad de canales (C01, C11, C12... C21, C22...Cn1, Cn2...) para la circulación del medio fluido a filtrar con vistas a recuperar un filtrado en la periferia (11) del soporte (1) , dispuestos en el soporte (1) paralelamente a su eje central (A) , definiendo dichos canales (C01, C11, C12... C21, C22... Cn1, Cn2...) , en particular, unas coronas de filtración (F1, F2...Fn) , constituyendo cada corona una zona de filtración definida como un conjunto de canales idénticos situados en un círculo, estando las coronas de filtración distribuidas en unos círculos concéntricos, por lo menos en número de tres, en cada una de las cuales:

- los canales (C11, C12... C21, C22...Cn1, Cn2...) son de sección recta transversal no circular, presentando la sección recta transversal de cada canal un eje de simetría (X, X1... Xn, X11, ... X21..., Xn1...) que pasa por el centro del soporte, -dos canales contiguos están separados por unos carriles (P, P1, P2...Pn, P11..., P21..., Pn1...) de paso y de unión, presentando dichos carriles (P, P1, P2...Pn, P11, ... P21..., Pn1...) de paso y de unión un eje de simetría (Y, Y1, Y2...Yn, Y11..., Y21..., Yn1...) que pasa por el centro del soporte, -las relaciones entre los diámetros hidráulicos de dos canales cualesquiera (C11, C12... C21, C22...Cn1, Cn2...) de 20 las coronas de filtración pertenecen todas al intervalo 0, 75-1, 25, preferentemente al intervalo 0, 95-1, 05, estando dichas coronas de filtración (F1, F2...Fn) distribuidas de manera concéntrica y separadas las unas de las otras por una zona porosa continua (F1, F2...Fn-1) , sin entrelazado entre dos coronas adyacentes, y a nivel de las tres coronas más próximas de la periferia del soporte denominadas coronas de rango n, n-1 y n-2, existe por lo menos 25 una alineación sustancial de 3 ejes adyacentes, situados por el mismo lado con respecto al centro del soporte, tomados entre los ejes (Y, Y1, Y2...Yn, Y11, ... Y21..., Yn1...) de los carriles de paso y de unión y los ejes (X, X1...Xn, X11..., X21..., Xn1...) de los canales, que favorece la resistencia mecánica del soporte, entendiéndose que cuando el elemento de filtración presenta más de tres coronas de filtración, existe por lo menos una corona entre las tres coronas más próximas de la periferia del soporte denominadas coronas de rango n, n-1 y n-2 cuyo número de canales no es un múltiplo del número de canales de la corona más próxima del centro del soporte, denominada corona de rango 1.

2. Elemento de filtración (I) según la reivindicación 1, caracterizado por que la alineación sustancial entre los ejes de los carriles de paso y de unión y los ejes de los canales que favorece la resistencia mecánica del soporte corresponde al hecho de que por lo menos un eje (Yn) de un carril (Pn) de paso y de unión de la corona (Fn) más próxima de la periferia (11) del soporte (1) denominada corona de rango n, está sustancialmente alineado con el eje (Xn-1) de un canal adyacente de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, estando dicho eje (Xn-1) del canal sustancialmente alineado a su vez con el eje (Yn-2) de un carril (Pn-2) de paso y de unión adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2.

3. Elemento de filtración (I) según la reivindicación 2, caracterizado por que por un lado, el eje (Yn) de un carril (Pn) de paso y de unión de la corona (Fn) más próxima de la periferia (11) del soporte (1) denominada corona de rango n, está alineado con el eje (Xn-1) de un canal adyacente de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, con una tolerancia de +/-16% y, preferentemente, de +/-10%, y preferentemente de +/-5%, del valor del sector angular definido por los 45 dos ejes de simetría de los carriles de paso y de unión que delimitan dicho canal de la corona de rango n-1, y por otro lado, dicho eje (Xn-1) del canal está sustancialmente alineado a su vez con el eje (Yn-2) de un carril (Pn-2) de paso y de unión adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2, con una tolerancia de +/-16% y, preferentemente, de +/-10%, y preferentemente de +/-5%, del valor del sector angular definido por los dos ejes de simetría de los carriles de paso y de unión que delimitan dicho canal de la corona de rango n-1.

4. Elemento de filtración (I) según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que comprende por lo menos cuatro coronas de filtración (F1, F2, F3...Fn) , y por que para por lo menos un eje (Yn) de un carril (Pn) de paso y de unión de la corona (Fn) de rango n, que está sustancialmente alineado con el eje (Xn-1) de un canal adyacente de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, con dicho eje del canal sustancialmente alineado a su vez con el eje (Yn-2) de un carril 55 (Pn-2) de paso y de unión adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2, existe también una alineación sustancial entre dicho eje (Yn-2) del carril (Pn-2) de paso y de unión de la corona (Fn-2) de rango n-2 y el eje (Yn-3) del carril adyacente (Pn-3) de paso y de unión de la corona (Fn-3) de rango n-3.

5. Elemento de filtración (I) según la reivindicación 1, caracterizado por que la alineación sustancial entre los ejes de 60 los carriles de paso y de unión y los ejes de los canales que favorece la resistencia mecánica del soporte corresponde al hecho de que por lo menos un eje (Xn) de un canal de la corona (Fn) más próxima de la periferia (11) del soporte (1) denominada corona de rango n, está sustancialmente alineado con el eje (Yn-1) de un carril adyacente (Pn-1) de paso y de unión de la de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, estando dicho eje (Yn-1) del carril de paso y de unión sustancialmente alineado a su vez con el eje (Xn-2) de un canal adyacente de la corona (Fn-2) de rango 65 inferior n-2.

6. Elemento de filtración (I) según la reivindicación 5, caracterizado por que por un lado, el eje (Xn) de un canal de la corona (Fn) más próxima de la periferia (11) del soporte (1) denominada corona de rango n, está alineado con el eje (Yn-1) de un carril adyacente de paso y de unión de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, con una tolerancia de +/16% y, preferentemente, de +/-10%, y preferentemente de +/-5%, del valor del sector angular definido por los dos ejes de simetría de los carriles de paso y de unión que delimitan dicho canal de la corona de rango n y por otro lado, dicho eje (Yn-1) del carril de paso y de unión está sustancialmente alineado a su vez con el eje (Xn-2) de un canal adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2, con una tolerancia de +/-16% y, preferentemente de +/-10%, y preferentemente de +/-5%, del valor del sector angular definido por los dos ejes de simetría de los carriles de paso y de unión que delimitan dicho canal de la corona de rango n-2.

7. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que por lo menos un eje (Yn) de un carril (Pn) de paso y de unión de la corona (Fn) más próxima de la periferia del soporte denominada corona de rango n, está sustancialmente alineado con el eje (Yn-1) de un carril (Pn-1) de paso y de unión adyacente de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, estando dicho eje (Yn-1) del carril (Pn-1) de paso y de unión sustancialmente alineado a su vez con el eje (Yn-2) de un carril (Pn-2) de paso y de unión adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2.

8. Elemento de filtración (I) según la reivindicación 7, caracterizado por que, por un lado, el eje (Yn) de un carril (Pn) de paso y de unión de la corona (Fn) más próxima de la periferia (11) del soporte (1) denominada corona de rango n, está alineado con el eje (Yn-1) de un carril adyacente (Pn-1) de paso y de unión de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, con una tolerancia de +/-3°y, preferentement e de +/-2°, y preferentemente de +/-1°, y por otr o lado, dicho eje (Yn-1) del carril (Pn-1) de paso y de unión está sustancialmente alineado a su vez con el eje (Yn-2) de un carril (Pn-2) de paso y de unión adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2, con una tolerancia de +/-3°y, preferentemente de +/-2°, y preferentemente de +/-1°.

9. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que por lo menos un eje (Xn) de un canal de la corona (Fn) más próxima de la periferia del soporte denominada corona de rango n, está sustancialmente alineado con el eje (Xn-1) de un canal adyacente de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, estando dicho eje (Xn-2) del canal sustancialmente alineado a su vez con el eje de un canal (Xn-2) adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2.

10. Elemento de filtración (I) según la reivindicación 9, caracterizado por que, por un lado, un eje (Xn) de un canal de la corona (Fn) más próxima de la periferia (11) del soporte denominada corona de rango n, está alineado con el eje de un canal adyacente (Xn-1) de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, con una tolerancia de +/-16% y preferentemente de +/-10%, y preferentemente de +/-5%, del valor del sector angular definido por los dos ejes de simetría de los carriles de paso y de unión que delimitan dicho canal (Xn-1) de la corona de rango n-1, estando dicho eje (Xn-1) del canal de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1 sustancialmente alineado a su vez con el eje (Xn-2) de un canal adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2, con una tolerancia de +/-16% y preferentemente de +/10%, y preferentemente de +/-5%, del valor del sector angular definido por los dos ejes de simetría de los carriles de paso y de unión que delimitan dicho canal (Xn-1) de la corona de rango n-1.

11. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el número de canales por corona es creciente de las coronas de rango n-2 a n.

12. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en cada una de las coronas de rango n-2 a n todos los canales son idénticos.

13. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que todas las relaciones entre las superficies de sección recta transversal de cualesquiera canales que pertenecen a las coronas de filtración pertenecen todas al intervalo 0, 75-1, 25, preferentemente al intervalo 0, 95-1, 05.

14. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las anchuras de los tabiques de paso son iguales dentro de una misma corona e iguales de una corona a otra.

15. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la anchura de cada tabique de paso es constante en toda su longitud.

16. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que todos los canales de las coronas de filtración (F1, F2...Fn) están delimitados por una pared externa, dos paredes laterales y unas curvas de enlace, y eventualmente una pared interna, presentando dichas curvas de enlace cada una un perfil en arco de círculo cuyo radio es preferentemente superior o igual a 0, 3 mm, y pertenece preferentemente al intervalo que va de 0, 3 a 1, 5 mm.

17. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las coronas (Fn, Fn1, Fn-2) de rango n, n-1 y n-2 presentan cada una un número de canales múltiples en un número entero m, y por que el número de ejes (Yn) de un carril (Pn) de paso y de unión de la corona (Fn) de rango n, que están sustancialmente

alineados con el eje (Xn-1) de un canal adyacente de la corona (Fn-1) de rango inferior n-1, con dicho eje del canal sustancialmente alineado a su vez con el eje (Yn-2) de un carril (Pn-2) de paso y de unión adyacente de la corona (Fn-2) de rango inferior n-2 corresponde a este número entero m.

18. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los canales (Cn1, Cn2...) de una misma corona de filtración son todos idénticos y están espaciados a igual distancia unos de otros.

19. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un canal central (C01) , preferentemente de forma circular, y por que las coronas de filtración están distribuidas de 10 manera concéntrica con respecto al canal central (C01) .

20. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que todos los canales (C11, C12..., C21, C22..., Cn1, Cn2...) de las coronas de filtración (F1, F2...Fn) son de sección trapezoidal o triangular.

21. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte presenta una sección circular o poligonal.

22. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la superficie de todos los canales (C01, C11, C12..., C21, C22..., Cn1, Cn2...) está recubierta por lo menos por una capa inorgánica de 20 filtración.

23. Elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el grosor medio de la zona porosa (Z0) más próxima del eje central es inferior al grosor medio de la zona porosa más próxima de la periferia (Zn-1) del soporte y cuando nos desplazamos del eje central (A) del soporte hacia su periferia, el grosor medio de una zona porosa es o bien idéntica a la siguiente, o bien inferior.

24. Instalación o módulo de filtración que comprende un elemento de filtración (I) según una de las reivindicaciones anteriores en un cárter.