CN1343275A - 采用滚筒搅拌的干洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用来自存储罐的二氧化碳(CO2)清洗位于清洗室内的物品的干洗方法和系统,该清洗室具有可转动部件。该方法包括在存储罐和清洗室之间产生压差,响应于所述的压差,通过使液态CO2从存储罐流至清洗室而以预定量的液态CO2填充该清洗室,以及转动可转动部件。
Description
发明领域
本发明涉及干洗方法，尤其涉及一种利用溶剂且具有搅拌物品的可转动容器的干洗方法和系统。
发明背景
现有的干洗方法通过机械搅拌需清洗的物品例如衣服和溶剂而起作用。通常，衣服类物品与一定量的化学溶剂一起放置在容器或筒(basket)内，其中该化学溶剂使污垢松散并溶解衣服上的污物。然后这些衣服通过筒的运动进行搅拌，从而增加清洗方法的效力。这种搅拌经常为转动的形式，绕水平平面内的轴线转动利用重力进一步增强搅拌量。
许多化学溶剂对环境有害且有公共卫生和安全危险。结果，许多溶剂已经通过法律或严加管制而被禁止。此外，已经寻找到“环境友善”的替代品。一种这样的替代品是采用液态二氧化碳(CO2)作为溶剂。
采用液态/超临界致密相气体比如二氧化碳(CO2)的干洗系统和方法在本领域是公知的。在这些方法中，采用重型正排量泵将液态CO2泵送到整个系统。特别是，液态CO2从贮存器中泵送到清洗室，在清洗室内物品接触CO2。通过搅拌作用清洗物品，比如通过容纳物品的容器转动，最后，液态CO2被泵送回贮存器中。在干洗方法的其他步骤中也使用该泵，这在本领域是公知的。
使用这样的泵具有许多缺点，这些缺点使现有技术的系统复杂且/或在许多应用场合中成本-效率较差。一个缺点是泵是干洗系统中相对昂贵的元件。另一缺点是该泵需要净正吸入压头(“NPSH”)。该压头是通过要排泄的任何容器内的液面和该容器相对于泵入口的高度产生的。提供足够压力的结构比如高容器或将容器安装在泵上方是不希望的，因为它们导致机器尺寸更大。而且，清洗室的完全排干仍然困难，因为随着清洗室的排空而NPSH减小。
另一种提供足够泵压头的方法是利用蒸馏室。气体在该室内加热，导致的压力增加用于提供所需的NPSH。然而，使用这样的蒸馏室增加了系统的复杂性和成本。
而且，泵易于受到悬浮在流体中的污物损坏和磨损，降低了泵送效率。过滤器不能用在泵的抽吸侧，因为它们减小了泵入口处的压力，增加了获得足够正压头的问题。因此，除装置和运行成本之外，还需要频繁的维护。
发明概述
本发明的目的是提供一种在采用转筒的干洗系统中有效地供应和/或再循环液态二氧化碳(CO2)的方法和系统。根据本发明的方法，加压的液态CO2通过在存储罐和清洗室之间产生的压差在罐和室之间传送，而不需要泵。这消除了通常伴随这些泵的缺点，比如高装置成本、由于磨损和低效率而造成的维护停工时间和成本，这样扩展了本发明可使用的场合。
在本发明的一实施例中，压差通过气体压缩机产生，该压缩机不直接与液态CO2互相作用，因此不会积聚液态CO2中悬浮的污物。这消除了伴随现有技术的系统中使用的泵的问题，使本发明的系统更有成效且可靠。该压缩机从清洗室内抽出气态CO2并将其注入存储罐中，或者反之亦然，从而在存储罐和清洗室之间分别产生正压差或负压差。正压差能使液态CO2从存储罐流至清洗室。负压差能使液态CO2从清洗室流至存储罐。压差的大小可以通过改变压缩机马达的速度或采用节流阀进行控制。
本发明的干洗方法还可包括一种从压缩的气体中回收热量的方法。在该干洗方法的蒸汽回收步骤中，如下所述，来自气态CO2的热量在通过冷却系统冷却CO2之前传递给散热器(heat sink)，该散热器可以为浸入水池中的热交换器形式。这样降低了冷却系统所消耗的能量。在散热器中存储的热量随后可以在该干洗方法的清洗室加热步骤中用于加热冷的气体，如下所述，避免了或减少了另外加热的需要。因此，本发明利用了热量回收循环，提高了该干洗方法的成效。
除了本发明的特定方面之外，如在此所述，本发明的方法和系统与现有的干洗方法和系统兼容，且可用于本领域所公知的干洗系统的任何清洗室和/或筒和/或其他部件。
根据本发明实施例的干洗系统包括以可选择的压力存储CO2的存储罐、具有足够保持CO2处于液态的耐压容量的清洗室、在存储罐和清洗室之间形成压力差的装置、在清洗室内可转动的筒、和连接于该筒的转动驱动机构。在本发明的某些实施例中，该系统还可包括蒸汽热交换器/回收系统、冷却系统、绒布捕集器(lint trap)/过滤系统、和清洗室排气系统。在存储罐和清洗室之间的压力差可以通过气体压缩机产生，该压缩机可以是无油式压缩机。
根据本发明实施例的干洗方法至少包括某些下述步骤：
(a)从清洗室内去除带有水分的空气。压缩机可作为真空泵而将空气排出到外界。
(b)以一种控制的方式平衡存储罐和清洗室之间的压力，以避免衣服损坏。CO2气体可从相对高压力的存储罐流到相对低压力的清洗室，直到在清洗室和存储罐之间存在预定的压力差。
(c)用来自存储罐的预定量的液态CO2填充清洗室。CO2蒸汽可以通过压缩机从清洗室的顶部抽出，移动到存储罐的顶部，产生一个驱使液体从罐的底部流入清洗室的压力差。
(d)通过转动筒而搅拌需清洗的物品。
(e)从清洗室内排出用过的/污染的液体。可以通过压缩机从存储罐的顶部抽出CO2蒸汽，移入清洗室的顶部，产生一个驱使液体从清洗室的底部流入存储罐底部的压力差。液体可以流经位于两容器之间的过滤系统。
(f)在排干之后回收保留在清洗室内的CO2蒸汽。CO2蒸汽可以通过压缩机从清洗室的顶部抽出并推动，通过热量回收系统和/或冷却系统，其中该系统使蒸汽冷却并冷凝成液体，然后进入存储罐。
(g)加热清洗室。CO2蒸汽可以通过压缩机从清洗室的顶部抽出并推动，通过一加热蒸汽的热交换系统，进入清洗室的底部。
(h)清洗室排气。CO2蒸汽可以通过清洗室排气系统流出清洗室，该系统可包括一声音控制消声器。
附图简要说明
从下面结合附图对本发明优选实施例的详细描述中，可以更充分地理解和评价本发明，其中：
图1是在根据本发明实施例的干洗方法的排出空气步骤中干洗系统的示意图；
图2是在根据本发明实施例的干洗方法的压力均衡步骤中图1中的系统的示意图；
图3是在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室填充和搅拌步骤中图1中的系统的示意图；
图4是在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室排泄步骤中图1中的系统的示意图；
图5是在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室蒸汽回收步骤中图1中的系统的示意图；
图6是在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室加热步骤中图1中的系统的示意图；
图7是在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室排气步骤中图1中的系统的示意图；以及
图8是根据本发明实施例的干洗方法时序的示意图。
发明的详细描述
现在参照图1-7，它们示意性地示出了在根据本发明实施例的干洗方法的各阶段中根据本发明实施例的干洗系统。该系统包括有清洗室10，例如约80加仑的清洗室，该清洗室具有用于容纳需清洗的物品的筒12。清洗室10最好设计成具有较高的耐压容量，例如约1100PSI的耐压容量，足以保持二氧化碳(CO2)为液态。
筒12可转动地安装在清洗室10内，且通过连接器16连接于筒驱动装置14上，该连接器可以是适于保持清洗室10的压力完整性的任何类型，例如具有高压密封件的机械连接器，这在本领域是公知的。然而，在本发明的优选实施例中，连接器16为无需在清洗室10上开口的磁性连接器，在机械连接器的情况下需要清洗室上开口。利用磁性连接器的转动驱动机构在本领域是众所周知的。
该系统还包括至少一个具有预定容量例如约30-50加仑的存储罐20。存储罐20最好具有较高的耐压容量，例如约1100PSI，且充有预定初始量的CO2，例如100加仑。
在本发明的一优选实施例中，该系统还包括一绒布捕集/过滤系统，它包括一绒布捕集器24，例如在本领域公知的100目的绒布捕集器，和过滤器26，例如在本领域公知的40微米的过滤器。
根据本发明，该系统包括用于在存储罐20和清洗室10之间形成压差的装置，该装置包括一气体压缩机30，最好是无油式压缩机。采用气体压缩机比如压缩机30而不采用液体泵(在现有技术的系统中使用)的一个重要的优点是气流不会悬浮污物，因此污物不会被带入压缩机内。这样减小了磨损，因此干洗系统的运行和维护成本降低。
压缩机30最好能产生局部真空和蒸汽回收。在本发明的一实施例中，压缩机30能减小清洗室10内的压力到小于400PSI，优选的是小于150PSI，例如约50PSI。应当理解的是清洗室10内的低压力使清洗室的排气过程中CO2的损耗最小化，如下所述。而且，在本发明的实施例中，压缩机30能增加存储罐20内的压力到高于750PSI，优选的是高于850，例如900PSI。应当理解的是存储罐20内的高压以最低限度的冷却保持CO2为液态，因此能够实现更高能效的干洗。在存储罐20和清洗室10之间产生的压差大小可以通过改变压缩机30的马达速度或利用节流阀来控制，这在本领域是公知的。可以用于本发明而提供上述参数的无油式压缩机的示例是Blackmer HDL 322无油式压缩机，可从俄克拉荷马州的俄克拉荷马市的Blackmer公司(Blackmer，Inc.，Oklahoma City，Oklahoma)得到。
该系统最好还包括一热量交换器/回收系统31，它包括在所示实施例中的散热器/水池28和相关的热交换器32。热量回收系统31在干洗方法的一个步骤中从热的气体中收集热能，并在另一步骤中利用该热能来加热冷的气体，如下所述。在干洗循环过程中在特定的时间热能可以从流经热交换器32的CO2传递到水池28，且在循环过程中的其他时间水池28可以将热量传递给CO2。优选的是，在水池28内安装一电加热器40，以便在干洗方法的空闲时期使其保持在预定的温度，例如80℃。
在本发明的一实施例中，包括一具有适于冷却CO2的热交换器36的冷却系统35。优选的是，该冷却系统35具有足够的冷却能力，从而冷凝通过热交换器36的CO2。
如图中清楚地所示但没有单独地提及的那样，该干洗系统包括管道，用于在干洗方法的不同步骤中在控制该系统运行和CO2流动的该系统的不同系统元件和各种阀之间实现连接。在下文中参照本发明的干洗方法步骤对某些阀进行具体讨论。然而，对于干洗系统领域的普通技术人员来说，大多数阀的功能是显而易见的。该系统还包括一清洗室排气系统41，最好是有声音控制消声器46，可以在清洗室10的最后排气过程中使用，如下所述。
现在参照图8，该图示意性地示出了根据本发明实施例的干洗方法的不同步骤，且示出了各步骤的示例性持续时间。对于本领域的技术人员来说图8是意义自明的。根据本发明实施例的干洗方法的不同步骤的详细描述在下文中参照图1-7给出。
图1示出了根据本发明的实施例的干洗方法的排出空气步骤。这一步骤的目的是去除带有水分的空气，从而减小溶解在CO2中的水分含量。压缩机30相对于清洗室10作为真空泵。压缩机30启动工作预定的时限，例如约2分钟，直到达到预定的压力，例如20-25英寸汞柱，这通过压力传感器42来测定。一旦达到所需的压力水平，压缩机30就关机。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的干洗方法的压力均衡步骤。在该步骤中，存储罐20和清洗室10之间的压力通常以一种控制的方式均衡，以避免对待清洗物品的损害。气态CO2通过阀44和测流孔47从存储罐20的顶部流到清洗室10的顶部，直到压力传感器42和存储罐20内的压力传感器48的读数差值在预定阈值之下，例如10％的压力差。
图3示意性地示出了用来自存储罐20的液态CO2部分填充清洗室10的步骤。气态CO2被从清洗室10的项部开口18抽出，且通过压缩机30推入存储罐20顶部。在该步骤中，压缩机30在存储罐20和清洗室10之间产生正压差，使液态CO2从存储罐流入清洗室。虽然在该方法的这一阶段不需要加热CO2，但CO2流过水池28内的热交换器32，这样相同的管道配置可用于该方法的不同阶段。流入存储罐20的气体驱使液态CO2从底部排出而进入清洗室10的底部开口38，直到达到所需的液态CO2液面。这一液面可由伴随存储罐20的计时器(未示出)和/或液面传感器50来确定。
同样参照图3，在填充清洗室10之后，可以通过转动筒12来搅拌筒12内的物品。如上所述，可以使用任何适当的转筒驱动装置14。如果在筒驱动装置14和筒12之间的连接器16是机械连接器，清洗室10的压力完整性可以通过适当的高压密封来保持。在优选实施例中，连接器16是磁性的，所以压力完整性不是问题。筒搅拌足够的时间，以便清洗位于其内部的物品，例如衣服。搅拌的时间可以依据各种因素，包括清洗室内物品的性质和数量、溶剂的成分、温度和压力、在搅拌过程中筒的转动速度，和筒内任一构件的构造，例如轮叶的高度，这在本领域是公知的。
参照图4，在如上所述搅拌之后，从清洗室10内去除用过的/污染的液体。气态CO2被从存储罐20的顶部抽出，且通过压缩机30泵入清洗室10的顶部开口18。这使用过的/污染的液态CO2从清洗室10的底部开口38排出，进入存储罐20的底部。这样，在该步骤中，压缩机30在存储罐20和清洗室10之间产生负压差，使液态CO2从清洗室流向存储罐。优选的是，液体在进入存储罐10之前流过绒布捕集器24和过滤器26。而且，液体最好经热交换器36流过冷却系统35，在此在进入存储罐20之前进行冷却。当清洗室10上的液面传感器57指示排空时停止流动。
图5示意性地示出了在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室蒸汽回收步骤。在上述的排泄步骤之后该步骤回收清洗室10内保留的CO2蒸汽。气态CO2通过压缩机从清洗室10的顶部开口18抽出。从压缩机30排出的气体是热的而需要冷却。气体首先通过水池28中的热交换器32，在此一部分热量传递给水池28，CO2稍冷却，然后进入冷却系统35的热交换器36。这样使CO2气体冷却并冷凝而恢复液态。然后液态CO2流入存储罐20。当清洗室10内的压力传感器42测量的压力达到足够低的阈值例如50psi时，停止流动。
图6示意性地示出了在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室加热步骤。该步骤加热清洗室10的内部和其中的物品，从而防止在蒸汽回收过程中结冰。冷却的CO2蒸汽被从清洗室10的顶部开口18抽出且通过压缩机30泵入水池28的热交换器32，在此CO2通过在蒸汽回收步骤中存储在水池28中的热量传递至少部分地加热。然后气体流过开口58进入清洗室10。变热的CO2加热清洗室10和其中的物品。在该步骤中可以使用加热元件40，以便将热量传递给水池28。
在本发明的实施例中，在蒸汽回收过程中运用清洗室加热。如上所述的回收持续到达到第一预定温度，例如35-40°F，这通过清洗室10内的温度传感器55来测量。此时，蒸汽回收暂停，开始加热，直到达到第二预定温度，例如大于50°F的温度，这也可通过传感器55来测量。此后，继续开始蒸汽回收。例如，在图8总结的干洗方法包括两个蒸汽回收步骤，分别为3分钟和5分钟，中间有两分钟的加热步骤。
图7示意性地示出了在根据本发明实施例的干洗方法的清洗室排气步骤。保留在清洗室10内的CO2蒸汽，可能约为50psi，通过清洗室排气系统41排出。当清洗室10内的压力传感器42测量的压力达到足够低的阈值时，可以安全地打开清洗室10的门60，然后取出干净物品。在本发明的实施例中，CO2蒸汽可以经排气管(未示出)释放到系统周围或门外。声音控制消声器46和/节流装置(未示出)也可用于控制排气速度。
虽然在此所述和所示的本发明实施例完全能够实现所需结果，但应当理解的是该实施例仅为图示的目的而示出和描述，但不是为了限制的目的。对于那些本领域的技术人员来说可以进行其他形式上和细节上的变化，且这些变化在本发明的构思和范围内，这些变化都没有具体地强调。因此，本发明仅通过所附的权利要求进行限制。
Claims (19)
1.一种采用来自存储罐的CO2清洗位于清洗室内的物品的干洗方法，清洗室包括一可转动部件，该方法包括：
在存储罐和清洗室之间产生正压差；
响应于所述的正压差，通过使液态CO2从存储罐流至清洗室而以预定量的液态二氧化碳(CO2)填充清洗室；以及
转动所述可转动部件以搅拌清洗室内的液态CO2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在存储罐和清洗室之间产生正压差的步骤包括采用压缩机将CO2气体压入存储罐。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
在存储罐和清洗室之间产生负压差；
响应于所述的负压差，通过使液态CO2从清洗室流至存储罐而使清洗室排泄。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在存储罐和清洗室之间产生负压差的步骤包括采用压缩机将CO2气体压入清洗室。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
从清洗室中抽出CO2蒸汽；
通过压缩和冷却CO2蒸汽而冷凝CO2蒸汽；以及
将冷凝的CO2蒸汽返回到存储罐。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，冷却CO2蒸汽包括使CO2蒸汽经过从CO2蒸汽中收集热量的散热器。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
从清洗室中抽出CO2蒸汽；
加热CO2蒸汽；以及
将加热的CO2蒸汽返回到清洗室。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，加热CO2蒸汽的步骤包括使CO2蒸汽流经散热器，该散热器将热量传递给CO2蒸汽。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
从清洗室中抽出CO2蒸汽；
加热CO2蒸汽；以及
将加热的CO2蒸汽返回到清洗室。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，加热CO2蒸汽的步骤包括使CO2蒸汽流经所述散热器，使得至少部分在冷凝CO2蒸汽的步骤中由散热器所收集的热量在加热CO2蒸汽的步骤中传递给CO2蒸汽。
11.用于清洗物品的干洗装置，包括：
用于存储二氧化碳(CO2)的存储罐；
内有可转动部件的清洗室；
用于转动所述转动部件的转动机构；以及
在存储罐和清洗室之间产生足以在存储罐和清洗室之间传送液态CO2的压力差的压缩机。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：
散热器，它与在所述存储罐和所述清洗室之间流动的CO2蒸汽热连通，且可操作以从相对较热的CO2蒸汽中收集热量和将热量传递到相对较冷的CO2蒸汽，藉此从相对较热的CO2蒸汽中收集的部分热量被传递到相对较冷的CO2蒸汽中。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，压缩机能将存储罐中的压力升高到至少750PSI。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，压缩机能将存储罐中的压力升高到约900PSI。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，压缩机能将清洗室中的压力降低到低于150PSI。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，压缩机能将清洗室中的压力降低到约50PSI。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，压缩机为无油式压缩机。
18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，转动机构包括转动驱动装置和在转动驱动装置与转动部件之间的连接器。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述连接器为磁性连接器。
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