CN101855030A - 液体残余物通过侵蚀的水溶液清洗 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在水溶液清洗敞开系统中清洗物件的方法(10)，所述方法使用敞口清洗容器(12)，所述敞口清洗容器(12)中可以引入用于清洗材料或物件的水。提供用于将反应物化学品(46)引入到容器中以形成水溶液的装置。表面的清洗为在零件上形成气泡的形式，其使化学品蒸发以在气泡形成区域将处于蒸气状态的氧化剂与暴露的表面反应。侵蚀形式的处理或其中将材料从固体表面移除的任何其它方法使得液体残余物从表面转移。所得到的方法不使污染物溶解或乳化，因此可以容易地从化学清洗器上分离。

Description

液体残余物通过侵蚀的水溶液清洗

相关申请的交叉引用

本申请涉及于2007年11月8日提交的美国专利申请序列11/936,872并且要求其优先权，该美国专利申请序列11/936,872通过引用结合在此。

发明背景

在当今的制造环境中，满足更严格的环境规章的需要在日益增长，减少水的使用的需要在日益增加，减少能量利用的需要在增加，并且总的需要是增加质量控制并且削减成本。零件的清洗通常被视为一种简易工艺，但是，相当通常地，零件清洗工艺中的质量控制的缺乏时常导致不合格的最终产品或者返工。清洗溶液变得更加复杂，因此变得更昂贵。在大多数国家，化学品排放至公共设施和化学品蒸发到环境中正成为一个主要的问题。节约能源已经成为一条主要的成本削减途径。

本发明聚焦对于大多数制造零件的清洗而言的原料化学品(up frontchemical)成本的降低、水使用的最小化、空气污染的限制、质量控制的增加和能量成本的降低。本方法通常降低所需的步骤和工艺罐的数量，这也可以导致资本成本的降低。

本方法的基本前提是与固体表面化学相互作用以降低被移除的残余流体的物理润湿能力。处于其蒸气压下的流体在固体表面由于加热零件或者降低处理室中的总压力而蒸发。

溶解在处理溶液中的化学品优选氧化剂蒸发，并且可能快速扩散至表面并且氧化该表面。表面的侵蚀导致流体从表面脱粘附(debonding)。在表面形成的蒸气趋于使残余物从表面剥离，并且将残余物转移到本体液体中。反应的化学品还可能氧化液体残余物，但是残余物并不被乳化，并且上升至表面，从而从容器中被物理移除。工艺流体基本上是清洁的，并且可以再循环利用。

发明简述

本发明涉及一种在水溶液清洗敞口容器中处理物件以移除残余物的方法。所述容器接收用于材料或者物件的水。提供用于将反应物化学品引入到容器中以形成水溶液的装置。表面的清洗为在零件上形成气泡的形式，其使化学品蒸发以在气泡形成区域将处于蒸气状态的氧化剂与暴露的表面反应。侵蚀形式的处理或其中将材料从固体表面移除的任何其它方法使得液体残余物从表面转移。气泡形成和脱离使得残余物被运送到本体液体中。热量从预热零件的转移或通过连续地移除气相降低容器内的压力实现了蒸发。另外的步骤回收来自容器的残余污染物，并且可以包括从物件回收水以干燥物件。

一种在水溶液清洗敞口容器中处理物件以移除残余物的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)将用于清洗的水装入所述清洗容器；

(b)将反应物化学品注入到所述水中以在所述容器内形成水溶液；

(c)将待清洗的物件放入所述清洗容器中，所述物件可以被预热；

(d)通过使液体被加热或通过在所述容器中抽真空，以在所述物件的表面产生蒸气泡，该蒸气泡与表面或污染物反应，由此清洁所述物件；

(e)从所述清洗容器回收所述污染物；和

(f)从所述清洗容器移出已清洗的物件。

上述方法可以有效地用于从固体表面移除液体或固体残余物。有效性是对部位不敏感的，因为在整个系统中压力降低或者传热是均匀的，因此在通道和孔内的压力或热量与表面状态相等。

本发明的另一个方面是在不乳化或溶解液体或固体残余物的情况下清洗零件，从而允许通过将污染物漂浮、过滤或沉降进行废物-溶液分离。

本发明的另一个方面是在分离污染物后将清洗溶液再循环以使水或化学品的使用最小化。

本发明的另一个方面是通过再循环已加热的清洗溶液使加热新的补充溶液的需要最小化，从而使能量的利用最小化。

本发明的另一个方面是与使用大量用于清洗的表面活性剂或溶解化学品相反，通过使用少量的反应性化学品而使清洗化学品的使用最小化。

本发明的另一个方面是在不使用物理清洗用的高能耗喷射器或超声波的情况下清洗零件。

本发明的另一个方面是在不使用例如通常在半水性(semi-aqueous)和亲脂性溶剂中发现的空气污染化学品的情况下清洗零件。

本发明的另一个方面是：通过水蒸汽预热之后真空干燥以快速干燥零件，从而缩短循环时间并且防止水斑。

当结合示例性附图考虑时，随着本发明描述的进行，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显。

附图简述

在示出目前考虑用于实施本发明的最佳方式的附图中：

图1是如在本发明的方法中使用的水溶液清洗敞开系统的示意图；

图2是图1的水溶液清洗敞开系统的一个优选实施方案的示意图；

图3是图1的水溶液清洗敞开系统的一个备选实施方案的示意图；

图4是图1的水溶液清洗敞开系统的另一个备选实施方案的示意图；

图5是图1的水溶液清洗敞开系统的另一个备选实施方案的示意图；和

图6是图1的水溶液清洗敞开系统的另一个备选实施方案的示意图。

优选实施方案详述

现在参考附图，图1示出了本发明的在水溶液清洗敞开系统中清洗物件的方法，并且该方法在图1中总体表示为10。在图1中，用于实施本发明的教导的水溶液清洗敞开系统10包括用12总体表示的主处理室，该主处理室可以被加热或者可以不被加热。系统10的其它组件将结合其操作进行描述。

在启动时，通过打开阀门40以及从水源50填充容器，将水引入到清洗容器中。在填充之后，关闭阀门40并且可以通过打开阀门44将反应物化学品从化学品源46加入到容器内的水中。在添加化学品之后，将预热的物件18放置在置于合适的支架20上的容器内，以将物件浸没在溶液中。物件的温度高于溶液的沸点，蒸气泡开始形成并且从物件脱离，从而使物件受蒸气固体接触区域的影响。与固体表面接触的蒸气含有反应物化学品，该反应物化学品现在可以容易地扩散到表面，并且与固体表面或表面上的污染物反应。

反应物化学品可以包括酸如，乙酸、硫酸、硝酸、柠檬酸(citrus acid)、氢氟酸、硼酸、草酸和磷酸；胺，如乙醇胺、乙二胺和二乙醇胺；酮，如丙酮和甲基乙基酮；氢氧化物，如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵和氢氧化钙；过氧化物，如过氧化氢和过氧化苯甲酰；和其它化学品，如臭氧和N-甲基吡咯烷酮或与表面或污染物化学反应的任何其它化学品。

在清洗时，通过打开阀门40再次将水引入到容器12中，并且过量水通过溢流端口14离开容器，将来自水表面的漂浮污染物携带到排水管。

现在参考图2，图2显示了本发明的水溶液清洗敞开系统，并且该水溶液清洗敞开系统在图2中用100总体表示。用于实施本发明的教导的系统100包括用12总体表示的主清洗容器，该主清洗容器可以被加热或者可以不被加热。主室12包括盖28。系统100的其它组件将结合其操作进行描述。

在启动本工艺时，通过阀门40用来自水源50的水装填清洗容器12，并且通过阀门44用来自源46的化学反应物装填清洗容器12。在优选实施方案中，装填的化学品为过氧化氢。在容器12内的溶液可以被加热或可以不被加热。

在开始清洗时，可以将待处理的零件18放置在置于合适的支架20上的室12中。封闭盖28和排气阀22，然后密封室12。然后启动真空泵32，打开阀门34，并且从室12抽出基本上所有的空气。典型地，机械干燥泵可以将容器抽真空至等于溶液的蒸气压的压力。还可以使用其它泵，如液体环泵、气压泵、隔膜泵或定量泵(constant displacement)或其它对流真空泵。

在抽出所有的空气时，真空泵32此刻开始从容器内移除蒸发的水的蒸气。蒸气的移除降低了系统100内的压力，并且因为在室12中的溶剂处于真空下，因此蒸气泡将开始在包括零件18的表面在内的固体表面处成核。如果真空泵32继续抽出蒸气，则在表面的蒸气泡将形成，该蒸气泡从固体表面脱离，并且上升至容器12的顶部以补充被真空泵32移除的蒸气，从而将室保持在溶液的蒸气压或其附近。这样的条件将不断地允许在蒸气泡脱离的区域用新鲜的溶液补充表面，即，气泡在零件18的表面上产生所需的溶液流。这些区域因此经历了在固体表面的蒸气浓度的快速上升。

在一个实施方案中，与固体表面接触的蒸气将含有过氧化氢或臭氧，其可以快速地扩散到表面，并与固体表面或污染物化学反应。其它溶液包含可以与物件表面或表面上的污染物反应的无机酸、胺、氢氧化物、酮或任何其它化学品。反应可以分别为表面侵蚀和在固体表面和污染物上的碳键攻击的形式。可以使用其它表面反应，如氧化、阳极反应、离子交换和任何其它改变表面化学性质的反应。污染物反应可以是皂化、水解、裂化和任何其它改变污染物化学性质的反应。所产生的反应使液体污染物从表面脱粘附，并且从表面脱离的蒸气泡将污染物输送到本体流体中。由于流体密度的差别和蒸气泡的连续向上流动，污染物漂浮至溶液表面，并且随时间积累。更重的污染物也可以被移除并且可以漂浮到附着至蒸气泡的表面，或者沉降至容器底部而通过底部端口移除。

在完成物件18的清洗时，关闭阀门34并且关闭真空泵32。打开阀门22以使室12返回至环境压力。再次打开阀门40并且将来自水源50的另外的水引入至室12中。过量水和漂浮污染物此刻开始进入溢流端口14，从而被输送至排水管中。在完成污染物撇除(skimming)时，关闭阀门40。此刻可以打开盖28并且可以将物件18从清洗容器12移出。

现在参考图3，显示了容易适合于水溶液清洗敞开系统的多种选择。为了增强的气泡形成，可以将物件18在容器12内预热。在一个实施方案中，在启动时，可以将待清洗的零件18放置在处于适合的支架20上的容器12中。封闭盖28和排气阀22，然后密封室12。然后启动真空泵32，打开阀门34，并且从室12中抽出基本上全部的空气。

为了启动清洗，打开阀门42并且因为容器没有空气，因此来自水蒸汽源16的水蒸汽闪蒸到处理室12中并且增加室12中的压力。冷凝水蒸汽将零件18、支架20和容器12加热到高于环境温度的温度。可以利用其它类型的加热，如光、辐射和不可冷凝的加热气体循环来预热物件18。在加热零件18时，关闭阀门42并且在优选实施方案中可以如上所述那样进行清洗。

可以适宜的是节约水的使用。为了实现这一点，如图3中所示，将罐26和泵38增加到系统中以有助于再循环水。在预热物件18之后，通过打开阀门40并且启动泵38将水引入到清洗容器12中，以从水罐26填充容器。水罐26可以与电加热器52一起显示。任选地，可以使用水蒸汽加热器或者直接水蒸汽注入。在填充过程中，通过打开阀门44，可以将反应物化学品从化学品源46加入到输入流中。任选地，化学品可以如上那样直接加入到清洗容器12中，或者可以在填充容器12之前加入到水罐26中。

在完成清洗步骤时，此刻可以通过打开阀门22将污染物从容器12回收以使容器12返回到大气压。打开阀门24和40并且启动泵38以将另外的水从罐26引入到容器12中。过量流体和漂浮污染物此刻开始进入溢流端口14以返回到罐26中的分离部。漂浮污染物从罐26溢流至废油罐36以与将要再循环的水分离。在完成污染物撇除时，关闭阀门24和40，并且关闭泵38。然后打开阀门30并且将处理溶液从室12排出至罐26。在排出时，关闭阀门30。

还可以适宜的是在从清洗罐12移出之前干燥物件18。为了实现这一点，关闭阀门22并且打开阀门34，并且打开真空泵32，并再次降低室12的压力。降低压力可以足以真空干燥物件18，但是，为了增强干燥，可以适宜的是预热物件18。在将容器12抽真空时，关闭泵32并且关闭阀门34。

为了增强干燥，打开阀门42并且将来自水蒸汽源16的水蒸汽闪蒸到清洗容器12中并且增加容器12中的压力。冷凝水蒸汽将物件18、支架20和容器12加热至高于环境温度的温度。在加热物件18时，关闭阀门42。

现在打开阀门22和30以排出来自室12的过量水蒸汽冷凝物。在排出冷凝物时，关闭阀门22和30并且打开阀门34，并且打开真空泵32，并再次降低室12的压力。在室12、零件18和支架20上的过量冷凝物从室闪蒸并且干燥所述室、物件和支架。现在打开阀门22和盖28并且从容器12移出物件18。

现在参考图4，显示了用于从容器12连续移除漂浮污染物的系统120。在启动时，在将物件18放置在容器12中并且关闭盖28和阀门22后，通过阀门40将来自水源50的水装填清洗容器12，并且通过阀门44将从源46注入到入口流中的化学反应物装填清洗容器12。打开阀门48并且用来自水蒸汽源16的水蒸汽加热热交换器26中的溶液，这可以预热所形成的水溶液。在一个实施方案中，装填的化学品为用于温和清洗的过氧化氢，或者用于更具侵蚀性的清洗的臭氧。

在装填容器12之后，通过打开阀门34和62并且启动真空泵32，封闭的水罐58和容器12均被抽出空气。在抽出所有空气之后，如上所述，蒸气泡将开始形成并且污染物从物件18的表面被移出并且漂浮至容器18的顶部。

现在，通过打开阀门24、60和40并且启动循环泵38以将水从水罐58再循环到容器12中，污染物可以通过溢流端口14从容器12连续地移除。通过使用水分离部件66，污染物离去端口14与水罐58中可以是分开的。在水的再循环过程中，在分离部件内的水罐58中收集漂浮污染物。在完成清洗物件18时，关闭阀门34、24、62和40并且关闭泵32和38。通过打开阀门22和34，使水罐58和容器12返回到大气压。通过打开阀门30，将水从容器12排出，并且输送至排水管或者回收，并且通过打开阀门62将污染物排出到废物鼓36中。

还可以将本发明用于以连续的方式处理零件。在图5中，使用水溶液14填充敞口罐12，该水溶液14优选含有如上所述的反应物化学品如过氧化氢或其它的化学反应物。可以通过电加热器40或者通过其它常规手段如水蒸汽、气体或油燃烧器或者循环传热流体加热溶液。

在该实例中，将一幅或一片材料连续地转移到该溶液中，在此它通过辊18被引导至通道20，在此它被转移到封闭的空间，如图5中所示。封闭的通道可以是被安置成具有完全浸没在溶液14中入口端的管或沟槽。真空泵32对封闭的罐22抽真空以在罐内产生负表压。负表压(gaugepressure)使得水溶液14上升穿过通道20，进入封闭的罐22，在此所述溶液14开始蒸发并且在片材16上形成气泡。通过打开阀门24引入的空气或者其它不可冷凝的气体可能使气泡塌陷。当关闭阀门24时，再次开始在片材16上形成。

通过经由溢流端口26离开罐22，上升的溶液14返回到敞口罐12。溢流溶液然后在泵38中被加压，并且返回到罐12或者备选地可以被引导至排水管或者废流中。

使罐22中的处理片材改变方向，向下沿着通道28到达罐12，在此通过在罐外和在罐上的轮子30将其改变方向，以进一步处理。可以分别用来自水源34和化学品源36的新鲜水或者化学品补充溶液。在溢流端口42移除废溶液。

图6显示了在敞口罐中处理零件的方法140。将一个零件或者筐零件20输送到置于输送器18上的罐12中，在此，将其浸没在溶液14中。然后零件20在倒置的容器22下传输，在容器22，零件20经受减压的溶液区域16。真空泵32将容器22的顶部抽真空直至气泡开始在零件20上形成。通过打开阀门24引入空气或者其它不可冷凝的气体可以使气泡塌陷。当关闭阀门24时，再次开始在零件20上形成气泡。

通过经由溢流端口26从罐22中移除上升的溶液14，以保持蒸气-液体界面16。然后溢流溶液在泵38中被加压，并且返回到罐12中，或者备选地可以被引导至排水管或者废流中。

在用溶液14的气泡处理之后，将零件20转移到倒置的容器22下面以从罐12送出，从而完成处理。

因此，可以看出，本发明提供了一种用于在水溶液清洗敞开系统中清洗物件的独特方法，该方法节约化学物质、水和能量，同时减少污染。

尽管在本文中显示并且描述了使用本发明的某些特定结构，但是对于本领域技术人员明显的是，在不偏离根本的发明构思的精神和范围的情况下，可以进行零件的各种变型和重排，并且不限于本文所示和描述的具体形式，只要在后附权利要求的范围所示的范围内即可。

Claims (7)

1.一种在水溶液清洗敞开系统中清洗物件的方法，所述系统包括清洗容器，所述物件被设置在所述清洗容器中，所述方法包括以下步骤：

将水引入到所述清洗容器中；

将化学反应物注入到所述水中；

产生形成在所述物件的表面上的蒸气泡的连续流，所述蒸气泡通过使所述化学试剂与所述固体表面和残余物、固体表面或存在于所述表面上的残余物反应而清洗所述物件；和

从清洗室收回所述物件。

2.权利要求1所述的方法，其中所述产生形成在所述物件的表面上的蒸气泡的连续流的步骤可以包括：对所述容器抽真空。

3.权利要求1所述的方法，其中所述产生形成在所述物件的表面上的蒸气泡的连续流的步骤还可以包括：使用水蒸汽或不可冷凝的已加热气体预热所述物件。

4.权利要求1所述的方法，其中所述产生形成在所述物件的表面上的蒸气泡的连续流，所述蒸气泡清洗所述物件的步骤可以包括：使用诸如将所述污染物进行撇除、沉降、凝结或过滤的方法，从所述室回收所述污染物。

5.权利要求1所述的方法，其中所述从所述清洗室内部收回所述物件的步骤可以包括：使用水蒸汽预热所述物件，以及对所述清洗室施加真空以干燥所述物件。

6.一种在水溶液处理敞开系统中连续化学处理物件的方法，所述系统包括敞口容器、倒置容器、真空泵、流体处理泵和连续输送系统，所述方法包括以下步骤：

将水引入到所述敞口容器中；

将物件引入到所述敞口容器中；

将物件经由所述敞口容器输送至倒置容器中；

将化学反应物注入到所述水中；

产生形成在所述物件的表面上的气泡的连续流，所述蒸气泡通过使所述化学试剂与所述固体表面和残余物、固体表面或存在于所述表面上的残余物反应而处理所述物件；和

从倒置室收回所述物件。

7.权利要求6所述的方法，其中所述产生形成在所述物件的表面上的蒸气泡的连续流的步骤可以包括：对所述倒置容器抽真空。

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