DE19527317A1 - Verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Reinigungssystem und insbesondere ein geschlossenes Lösungsmittel-Reinigungs­ verfahren und -system, welches die Mixtur aus dem Lösungs­ mittel und Luft während des ganzen Reinigungsvorgangs hindurch praktisch eliminiert. Die Elimination von Luft aus dem Reinigungsprozeß und die Wiedergewinnung des Lösungsmittels und der Lösungsmittel-Reinigungsprozeß erlauben eine voll­ ständige Rückgewinnung der Dämpfe durch konventionelle Kondensation, womit Emissionen in die Umgebung kontrolliert werden.

Reinigungsverfahren werden aufgrund der immer strenger werdenden Umweltanforderungen an die Behandlung der bei Reinigungsverfahren verwendeten Verbindungen und der daraus resultierenden Abwässer immer mehr zu einer Belastung für die Industrie. Die davon betroffenen Reinigungsverfahren umfassen sowohl die Reinigung von Kleidung, Teppichen oder Decken und anderen Einrichtungsgegenständen als auch solche, die eher industrieller Natur sind und etwa die Reinigung und Entfettung von Metallen, Keramikwerkstoffen, Kunststoffen und anderen Materialien beinhalten. Darunter sind Lösungsmittel-Reinigungs­ verfahren, die am meisten verbreiteten, d. h. solche Verfahren, die ein Lösungsmittel zum Entfetten und Reinigen verwenden. Es gibt zwei Arten von Lösungsmittel-Reinigungsverfahren: offene und geschlossene. Offene Systeme sind noch immer die am häufigsten verwendeten, jedoch sinkt ihre Anziehungskraft mit den steigenden Anforderungen an die Sicherheit der Umwelt. Offene Systeme enthalten solche Ansätze wie Lösungsmittel­ dampf-Entfettung, Lösungsmittelultraschall-Reinigung, Systeme zum Eintauchen in kalte oder heiße Lösungsmittel und Lösungs­ mittelzerstäubungs-Systeme. Diese Systeme leiden unter einer Anzahl von Nachteilen, von denen die wichtigsten die Kon­ tamination der Umgebung und die Kosten für das ständige Nach­ füllen des nicht-wiedergewinnbaren Lösungsmittels sind. Darüber hinaus steigen die Kosten für Anlageteile, die den Dampf aufnehmen und flüssige wie dampfförmige Abfälle sauber beseitigen, zunehmend in beachtliche Dimensionen.

Der mit den sogenannten geschlossenen Systemen angestrebten Beseitigung dieser Probleme ist jedoch nur mittelmäßiger Erfolg beschieden. Auch in einem sogenannten geschlossenen System tritt immer noch ein Verlust von flüssigem oder dampf­ förmigem Lösungsmittel auf, weil der Dampf entweicht, wenn die gereinigten Teile entfernt werden und die Teile das an ihren Oberflächen anhaftende und in den Poren des Materials zurück­ bleibende Lösungsmittel mit sich fortführen. Weiterhin sind Versuche, das Lösungsmittel zurückzugewinnen teuer und nicht hundertprozentig erfolgreich. Obwohl das System "geschlossen" ist, wenn das Lösungsmittel in die geschlossene Kammer ein­ gelassen wird, vermischt es sich dort mit Luft. Nach dem Reinigungsvorgang kann das Lösungsmittel in flüssiger Form leicht von der Luft separiert werden, nicht jedoch wenn das Lösungsmittel dampfförmig vorliegt. Dies erfordert einen bedeutend höheren Aufwand. Selbst wenn die Luft und das Lösungsmittel kondensiert sind, kann nur eine geringe Menge des Lösungsmittels wiedergewonnen werden.

Daher sind diese Systeme nicht wirklich geschlossen. Ein Verfahren, um das Lösungsmittel zu beseitigen, ist die Veraschung, die jedoch bedeutende Investitionen in eine spezielle Ausrüstung erfordert und die zusätzliche Wärme­ energie verwendet, wobei Lösungsmittel verloren geht und wieder nachgefüllt werden muß. Der Dampfabzug ist ein Ver­ fahren, mit dem das Lösungsmittel tatsächlich wiedergewonnen wird, das jedoch ebenfalls eine spezielle Ausrüstung und Wärmeenergie zur Herstellung von Dampf benötigt. Darüber hinaus muß der Dampf zu Wasser kondensiert werden und dann von dem Lösungsmittel getrennt werden.

Somit weisen die konventionellen Reinigungssysteme in dem Bereich gefährlicher Emissionen und der Lösungsmittel-Rück­ gewinnung Probleme auf. Sie sind im allgemeinen auf den Betrieb bei bestimmten Temperaturen und Drücken begrenzt. Typischerweise wird bei diesen Verfahren das Lösungsmittel nicht vollständig aus den Objekten oder Teilen durch Trocknung entfernt, bevor diese der Umgebung ausgesetzt werden. Die Verfahren verwenden, wenn nicht in allen Abschnitten, so doch in einem wesentlichen Abschnitt des Reinigungszyklus Wärme­ energie. Konventionelle Systeme benötigen ebenso eine große Menge an Lösungsmittel, um ihre Reinigungsbehälter zu füllen und erfordern einen zusätzlichen Energieeinsatz, um das Lösungsmittel durch das System zu pumpen. Darüber hinaus müssen standardmäßige Lösungsmitteldampf-Reinigungssysteme solche Lösungsmittel verwenden, deren Dämpfe schwerer als Luft sind. Diese Dämpfe bedecken das kochende Lösungsmittel und sind daher auf einen Bereich oberhalb desselben beschränkt, wobei teure Kühlungsspulen verwendet werden und die Ausmaße des Behälters oder Tanks der Anlage begrenzt werden. Diese Systeme arbeiten bei festen Temperaturen, die durch den Siedepunkt des Lösungsmittels bei Atmosphärendruck bestimmt werden.

Ein anderer Ansatz, bekannt als Vakuumentfettung, vermeidet einige der Probleme der Lösungsmittelreinigung. Bei diesem Ansatz werden die Giftstoffe einer Umgebung hoher Temperatur und niedrigen Drucks ausgesetzt, wobei Drücke unterhalb des Dampfdrucks des Giftstoffs erreicht werden. Der Giftstoff wird im wesentlichen von den Objekten oder Teilen abgekocht. Das Problem ist hierbei jedoch, daß einige Giftstoffe einen im allgemeinen sehr niedrigen Dampfdruck aufweisen. Folglich sind extrem hohe Vakua und/oder Temperaturen erforderlich. Obwohl Lösungsmittel nicht emittiert werden, wird oftmals der Gift­ stoff selbst emittiert, was zu einem Problem werden kann. Darüber hinaus ist dieses Verfahren im allgemeinen kosten­ intensiv aufgrund der erforderlichen Sub-Torr-Drücke und hohen Temperaturen. In vielen Fällen bleibt ein nichtflüchtiger Rückstand bei den Objekten oder Teilen zurück, der entweder in dem Giftstoff ursprünglich schon vorhanden war (also z. B. Schwefelrückstand) oder der aus dem Zerfall des Giftstoffs aufgrund der hohen Temperaturbedingungen resultiert (z. B. Kohlenstoffablagerungen). Der Energieaufwand für die Gift­ stoffbeseitigung und die Anforderungen an die Reinigungs­ effizienz begrenzen sehr stark die Anwendungen eines solchen Systems.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ver­ bessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches das Lösungsmittel entweder dampfförmig oder flüssig oder in beiden Formen zum Einsatz bringt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches eine Rückgewinnung des Lösungsmittels gestattet und gefährliche Emissionen begrenzt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches bei verschiedenen Temperaturen betriebsfähig ist, um verschiedene zu reinigende Objekte und verschiedene Lösungsmittel aufnehmen zu können.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches bei Temperaturen und Drücken betriebsfähig ist, die von dem Siedepunkt des verwendeten Lösungsmittels bei Atmosphärendruck verschieden sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlos­ senem Kreislauf anzugeben, bei welchem das Lösungsmittel aus dem Objekt ausgetrocknet wird, bevor eine Belüftung mit Umgebungsluft vorgenommen wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches durch die durch die Kondensation von Dampf auf den Teilen und die dadurch bewirkte Dampfreinigung eine effizientere Reinigung ermöglicht.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlos­ senem Kreislauf anzugeben, welches effizienter arbeitet, da Wärme für eine erheblich geringere Zeit während eines Zyklus benötigt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches erheblich weniger Lösungsmittel benötigt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches flüchtige Gift­ stoffe entfernt, bevor sie dem Lösungsmittel ausgesetzt werden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches intern erzeugte Differentialdrücke verwendet, um das Lösungsmittel durch das System zu schleusen oder vorzutreiben.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches nicht darauf beschränkt ist, mit einem bestimmten Lösungsmittel zu arbeiten.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches eine Vermischung des Lösungsmittels mit Luft durch den gesamten Reinigungs­ vorgang hindurch praktisch ausschließt und damit den schwierigen Schritt der Trennung des Lösungsmittels von der Luft nach Vollendung des Reinigungsvorgangs eliminiert.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches die Reinigung von Teilen durch Eintauchen in das Lösungsmittel oder durch Besprühen mit dem Lösungsmittel oder durch beides ermöglicht.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, bei welchem eine gedros­ selte Zufuhr von Lösungsmitteldämpfen über die zu reinigenden Teile durchgeführt wird, um somit die Trocknung der Teile nach der Reinigung zu unterstützen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lösungsmittel-Reinigungssystem mit geschlossenem Kreislauf anzugeben, welches zusätzlich die Reinigung eines jeden kontaminierten Lösungsmittels gestattet, wobei die Reinigung innerhalb des geschlossenen Kreislaufs erfolgt.

Die Erfindung resultiert aus der Erkenntnis, daß eine effiziente, ökonomische, sichere, und umweltverträgliche Lösungsmittel-Reinigungstechnik, mit einem tatsächlich geschlossenen Arbeitsprozeß erzielt werden kann, ohne die Belastung, das Lösungsmittel nach dem Reinigungsvorgang von der Luft trennen zu müssen, indem die die zu reinigenden Teile enthaltende Reinigungskammer evakuiert wird, bevor das Lösungsmittel eingeleitet wird, so daß das Lösungsmittel nie mit Luft zusammentrifft und so die Berührung mit Umgebungsluft ausgeschlossen wird. Das luftlose Lösungsmittel kann dann leicht extrahiert, kondensiert und sogar für eine Wieder­ verwendung gereinigt werden, bevor die Kammer und die Teile während der Entfernung der Teile aus der Kammer nach Vollendung des Reinigungsvorgangs der Umgebungsluft ausgesetzt werden.

Diese Erfindung enthält oder umfaßt in geeigneter Weise oder besteht zumindest im wesentlichen aus einem verbesserten Lösungsmittel-Reinigungssystem und -verfahren mit geschlos­ senem Kreislauf umfassend die Verfahrensschritte Plazieren des zu reinigenden Objektes in einer Kammer und Anlegen eines Unterdrucks an die Kammer, um Luft und andere nicht-kondensier­ bare Gase zu entfernen. Anschließend wird ein Lösungsmittel in die evakuierte Kammer eingeführt und das Objekt gereinigt. Das Lösungsmittel wird dann aus dem Objekt und der Kammer wieder gewonnen und die Kammer wird zur Belüftung mit der Umgebung verbunden und das gereinigte Objekt wird entfernt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Unterdruck im Bereich von Atmosphärendruck bis Nulldruck. Das Lösungsmittel kann in dampfförmigem oder flüssigem oder in einem aus beiden Formen bestehenden Zustand eingeleitet werden. Die Temperatur der Kammer kann variiert werden, um die Temperatur und die Dampfdichte des Lösungsmittels zu kontrollieren, um die Ein­ dringung des Lösungsmittels in das zu reinigende Objekt zu erhöhen oder zu erniedrigen und um einen höheren oder einen niedrigeren Druck zu erzeugen, der dazu verwendet werden kann, um das Lösungsmittel durch das geschlossene System zu schleusen oder vorzutreiben. Die Wiedergewinnung des Lösungsmittels beinhaltet das Abziehen des Lösungsmittels in flüssigem Zustand einschließlich der Giftstoffe aus der Kammer und das darauf­ folgende Abziehen des Lösungsmittels in dampfförmigem Zustand aus der Kammer. Das Abziehen des flüssigen Lösungsmittels kann beinhalten, daß die Kammer auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird, um einen erhöhten Druck in der Kammer zu erzeugen und das Lösungsmittel in flüssigem Zustand mit den Giftstoffen unter Zwang auszutreiben. Das Abziehen des Lösungsmittels in dampfförmigem Zustand kann beinhalten, daß das Lösungsmittel durch Austrocknen von dem Objekt entfernt wird.

Die Erfindung beinhaltet ebenso eine Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die ein geschlos­ senes Lösungsmittel-Reinigungssystem enthält. Vorgesehen ist eine Kammer für die Halterung eines zu reinigenden Objektes und eine Vorrichtung zum Anlegen eines Unterdrucks an die Kammer, um Luft und andere nicht-kondensierbare Gase zu ent­ fernen. Vorgesehen ist ebenso eine Vorrichtung zum Einleiten des Lösungsmittels in die Kammer, um das Objekt zu reinigen und eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels von dem Objekt und der Kammer. Eine Speichervorrichtung speichert das wiedergewonnene Lösungsmittel.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kammer einen Wärmetauscher für die Variation der Temperatur der Kammer enthalten. Die Vorrichtung zum Anlegen eines Unterdrucks kann eine Vakuumpumpe enthalten, und die Vorrichtung zum Einleiten des Lösungsmittels kann eine mit der Speichereinrichtung ver­ bundene Ventileinrichtung enthalten. Die Vorrichtung zur Wiedergewinnung kann einen Ablauf oder eine Senke zum Extra­ hieren des flüssigen Lösungsmittels und der Giftstoffe und eine Vorrichtung zum Extrahieren des Lösungsmitteldampfs enthalten. Die Speichereinrichtung kann ein Reservoir zur Aufnahme des Lösungsmitteldampfs und ein zweites Reservoir zur Aufnahme der Lösungsmittelflüssigkeit enthalten, und es kann eine Vorrichtung zur Kondensation des Lösungsmitteldampfes vorgesehen sein.

Das System kann ebenso eine Vorrichtung zum Zerstäuben des Lösungsmittels über die zu reinigenden Teile oder zum Ein­ tauchen der Teile in das Lösungsmittel oder beides enthalten. Zusätzlich kann eine Vorrichtung zur gedrosselten Zufuhr von Lösungsmitteldämpfen in die Kammer vorgesehen sein, um die Trocknung der Teile zu unterstützen. Eine Vorrichtung zur Verarbeitung und Reinigung kontaminierten Lösungsmittels innerhalb des geschlossenen Kreislaufs enthält einen Destillationsbehälter, einen Aufbewahrungsbehälter und eine Vorrichtung zur Erwärmung des Destillationsbehälters, zur Destillation des Lösungsmitteldampfes und zum Eintreiben des destillierten Dampfs in den Aufbewahrungsbehälter.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Lösungsmittel-Reinigungssystems mit geschlossenem Kreislauf; und

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise des verbesserten, erfindungsgemäßen Lösungsmittel- Reinigungssystems mit geschlossenem Kreislauf nach Fig. 1.

Die Erfindung kann durch ein Lösungsmittel-Reinigungsverfahren mit geschlossenem Kreislauf verwirklicht werden, bei welcher das zu reinigende Objekt in eine Kammer eingesetzt wird und die Kammer dann einem Unterdruck ausgesetzt wird, um Luft und andere nicht-kondensierbare Gase aus der Kammer zu entfernen. Die hier verwendete Lösungsmittelreinigung umfaßt Dampf­ entfettung, trockene Reinigung von Kleidung und Waschen durch Eintauchen in das Lösungsmittel. In konventionellen Lösungs­ mittel-Reinigungssystemen resultieren die meisten Probleme mit dem Verlust von teurem Lösungsmittel aus der Tatsache, daß die Lösungsmitteldämpfe mit Luft vermischt werden. Die Luft wird dann entweder in die Umgebung abgelassen, was eine teure und komplizierte Ausrüstung zur Verhinderung der Kontamination der Umwelt erfordert, oder die Luft mit dem Dampf wird durch einen Wiedergewinnungsprozeß geschleust, der ebenso teuer und kompliziert sein kann, um das teure Lösungsmittel wiederzu­ gewinnen und die Luft zu reinigen, bevor sie in die Umgebung abgelassen wird. Diese Erfindung resultiert aus der Erkenntnis, daß das gesamte Problem eliminiert oder zumindest deutlich reduziert werden kann, indem nicht zugelassen wird, daß die Lösungsmitteldämpfe sich überhaupt mit Luft vermischen; also die Verhinderung jedes Vermischens von Lösungsmittel mit Luft zu jeder Zeit. Dies wird erbracht durch Evakuierung der Kammer von Luft und anderen nicht-kondensierbaren Gasen, bevor ein Lösungsmittel eingeführt wird, so daß die Kammer nur das zu reinigende Objekt enthält. Die Kammer wird durch Anlegen eines Unterdrucks evakuiert, der im allgemeinen geringer ist als der Dampfdruck bei der aktuellen Arbeitstemperatur des Lösungs­ mittels und der zu entfernenden Giftstoffe wie Wasserdampf und nicht-kondensierbare Gase. Sub-Torr-Drücke sind im allgemeinen nicht erforderlich. Bevorzugt sind Drücke von 0-700 Torr. Bereiche von 10-500 Torr sind verwendungsfähig und mit Drücken von 100 Torr oder weniger werden gute Resultate erzielt. Nachdem das Lösungsmittel eingeleitet worden ist, und das Teil oder Objekt gereinigt worden ist, wird das Lösungsmittel aus der Kammer und dem Objekt wiedergewonnen, bevor die Kammer geöffnet und zur Belüftung mit der Umgebung verbunden wird. Somit gibt es keine kontaminierte Luft und das Lösungsmittel kann leicht wiedergewonnen werden ohne daß die Notwendigkeit besteht, dieses von Luft zu separieren. Abhängig von der Arbeitstemperatur ist typischerweise ein Unterdruck im Bereich von Atmosphärendruck bis leicht oberhalb des Nulldrucks aus­ reichend.

Die evakuierte Kammer weist typischerweise einen niedrigeren Druck auf als das Lösungsmittel, das in einem Aufbewahrungs­ behälter gespeichert ist. Die Öffnung eines Ventils gestattet dann dem dampfförmigen Lösungsmittel von dem hohen zu dem niedrigen Druck in die Kammer zu fließen oder zu strömen, ohne daß eine Pumpenanordnung und zusätzlicher Aufwand an Energie erforderlich wäre. Bei diesem Schritt kann sowohl flüssiges wie auch dampfförmiges Lösungsmittel in die Kammer eingeleitet werden. Sobald das Lösungsmittel in die Kammer eingeleitet worden ist, wird das Objekt gereinigt. Die Reinigung wird durch Eintauchen in den Dampf oder die Flüssigkeit und/oder durch Zerstäuben des Lösungsmittels in der Kammer geleistet. Aufgrund der durch die geschlossene Arbeitsweise dieser Erfindung ermöglichten Kontrolle kann das Lösungsmittel erhitzt oder abgekühlt werden und/oder der Druck kann erhöht oder abgesenkt werden auf jedes für eine besondere Reinigungs­ aufgabe gewünschte Niveau. Zum Beispiel kann der Druck in der Kammer auf oberhalb Atmosphärendruck erhöht werden, um die Reinigungseffizienz zu erhöhen oder die Temperatur kann über die Umgebungstemperatur hinaus erhöht werden. Bevor das Objekt entfernt wird oder eine Belüftung durch Öffnen vorgenommen wird, wird dann das Lösungsmittel in den Speicherbehälter zurückgeführt und wiedergewonnen. Die Flüssigkeit kann zuerst wiedergewonnen werden, da sie sich typischerweise an dem Boden des Behälters befinden wird und in sich die Giftstoffe enthält, die von dem gereinigten Teil entfernt wurden. Dieses flüssige Lösungsmittel kann durch die Schwerkraft zurück zu dem Auf­ bewahrungsbehälter abgezogen werden oder die Temperatur der Kammer kann erhöht werden, um den Druck in der Kammer zu erhöhen, so daß das flüssige Lösungsmittel in den Aufbe­ wahrungsbehälter zurückgetrieben wird.

Anschließend kann der Dampf abgezogen und einem separaten Aufbewahrungsbehälter oder einer separaten Kammer des ursprünglichen Aufbewahrungsbehälters zugeführt werden. In diesem Schritt kann die Einführung von Lösungsmitteldampf enthalten sein, vorzugsweise durch gedrosselte Zufuhr des Dampfes durch ein Ventil, um die Trocknung der Teile zu unterstützen und Lösungsmittel von den Teilen zu entfernen, bevor die Teile aus der Kammer entfernt werden. Eine Trennung zwischen der Dampfrückgewinnung und der Flüssigkeitsrück­ gewinnung ist wünschenswert, denn der Dampf ist in diesem Fall effektiv ein Destillationsprodukt und ist daher im Vergleich mit der die Giftstoffe enthaltenden Flüssigkeit vollständig rein. Der Dampf kann bei seiner Rückführung zu dem Aufbe­ wahrungsbehälter kondensiert werden. Im Anschluß an die Entfernung des Lösungsmittels in allen seinen Phasen kann die Kammer der Umgebung geöffnet werden, so daß die Teile entfernt werden können. Die Entfernung des Dampfes aus der Kammer ist dadurch ausreichend gründlich, indem sowohl eine Trocknung der Teile als auch die Entfernung des Dampfs aus der Kammer durch­ geführt wird. Ein Wärmetauscher oder eine ähnliche Vorrichtung kann mit der Kammer verbunden werden, um die Temperatur des Reinigungsprozesses zu kontrollieren. Somit können gewisse Materialien, die erhöhten Temperaturen oder vielleicht sogar der Raumtemperatur während des Reinigungsprozesses nicht widerstehen können, dadurch geeignet gemacht werden, indem die Kammer einfach gekühlt wird. Der Wärmetauscher kann ebenso die Temperatur in der Kammer erhöhen, um eine Anzahl von ver­ schiedenen Zielen zu erreichen. Eine Erhöhung der Temperatur erhöht die Eindringung des Dampfes in das zu reinigende Teil und erhöht somit die Reinigungswirkung. Die Erhöhung der Temperatur erhöht ebenso die chemischen und physikalischen Reinigungscharakteristiken des Lösungsmittels und erhöht somit die Reinigungswirkung. Eine erhöhte Temperatur erhöht ebenso den Dampfdruck in der Kammer, der dazu verwendet werden kann, um flüssige und dampfförmige Lösungsmittel auszutreiben, wie bereits angedeutet. Die Temperatur oder Kühlung, die an die Kammer angelegt wird, kann nur während des Reinigungszyklus angelegt werden, woraus eine große Energieersparnis über solche Systeme resultiert, bei denen die Wärme, zum Beispiel, während des gesamten Prozesses zugeführt wird.

Einer der Vorteile eines solchen Systems ist, daß es mit Lösungsmittel in Dampfform, in flüssiger Form oder mit beiden gleichzeitig arbeiten kann und daß es mit einer Vielzahl von verschiedenen Lösungsmitteln arbeiten kann, z. B. 1.1.1. Trichloroethan, Trichloroethylen, Methylenchlorid, Perchloroethylen, Freon, Aldehyde, Alkohole, Amine, Ketone, Aromaten oder andere Lösungsmittel, die schwerer oder nicht schwerer als Luft sein können. Ein anderes wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, daß das Problem des Eindringens des Lösungsmittels und/oder der Flüssigkeit in kleine Bereiche wie abgesenkte Löcher in den zu reinigenden Teilen überwunden wird. Das liegt daran, daß die Luft entfernt wird, bevor das Lösungsmittel bei dem vorliegenden System zu dem Teil eingeleitet wird.

Ein solches System ermöglicht die Wiedergewinnung des Lösungsmittels, was mit den steigenden Lösungsmittelpreisen von zunehmender Bedeutung ist und ebenso giftige Emissionen begrenzt, was ebenso bedeutend ist, da die Vorschriften für Emissionen immer strenger werden und die Kosten der Einhaltung dieser Vorschriften immer teurer werden.

Zusätzliche Eigenschaften der Erfindung liegen darin, daß durch sie erheblich weniger Lösungsmittel verwendet wird, da der Dampf in die Reinigungskammer mit schlimmstenfalls einer kleinen Menge an Flüssigkeit einströmt; d. h. die Reinigungs­ kammer oder der Behälter muß nicht gefüllt werden, wie es oftmals bei Offenkreissystemen der Fall ist.

Ein anderer wichtiger Vorteil des vorliegenden Systems mit geschlossenem Kreislauf liegt darin, daß die anfängliche Evakuierung der Kammer, nachdem die Teile zur Reinigung eingesetzt wurden, jedoch bevor das Lösungsmittel eingeführt wurde, bewirkt, daß flüchtige Giftstoffe, die mit den Teilen verbunden waren, entfernt werden, bereits bevor das Lösungs­ mittel eingeführt wird.

Das System 10 in Fig. 1 zur Implementierung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens enthält einen Reinigungs- oder Entfettungs­ behälter oder eine -kammer 12, die einen Wärmetauscher 14 enthält. Das Ventil 16 regelt den Zufluß der erhitzenden oder abkühlenden Flüssigkeit. In dieser spezifischen Ausführungs­ form ist es eine erhitzende Flüssigkeit, die aus der Dampf­ quelle 18 erhalten wird. Andere Möglichkeiten zur Erhitzung der Kammer 12 beinhalten elektrische Heizer oder andere Wärme­ übergangsflüssigkeiten wie Öl. Ein zu reinigendes Teil 20 kann auf einer geeigneten Unterlage 22 innerhalb der Kammer 12 angeordnet werden. Ein Ventil 24 bewirkt die Öffnung der Kammer 12 zur Umgebung, um die Kammer zu belüften. Die Pumpe 26 wird dafür verwendet, um einen Unterdruck an die Kammer 12 anzulegen, wenn sie wie eine Vakuumpumpe arbeitet. Ein Aktiv­ kohlefilter kann hinzugefügt werden, um Rückstände von Lösungsmitteldämpfen zu absorbieren, bevor sie in die Vakuum­ pumpe eintreten. Ein Ventil 30 bewirkt die Durchleitung des Ausflusses durch die Vakuumpumpe 26 zu dem Kohlefilter 28, während das Ventil 32 in einem anderen Teil des Zyklus den Ausfluß zu einem Kondensor 34 durch die Vakuumpumpe 36 zu dem Aufbewahrungsbehälter 38 durchleitet. Der mit einem Heiz­ element 40 versehene Aufbewahrungsbehälter 38 kommuniziert über die Ventile 42 und 44 und die Pumpe 46 mit der Kammer 12.

Eine Kühlereinheit 48 wird dazu verwendet, um ein Kühlmittel den Wärmetauschern 34, 50 und 52 zuzuführen. Andere kon­ ventionelle Mittel zur Bereitstellung einer Kühlung beinhalten kaltes Wasser direkt von einer Quelle kalten Wassers oder von einem Kühlturm. Die Ventile 54 und 56 werden dafür verwendet, um Luft aus dem Aufbewahrungsbehälter 38 und dem Destillationsbehälter 58 auszustoßen und einem Kohlefilter 28 oder einem ähnlichen Filter zuzuführen, bevor sie in die Umgebung ab­ gelassen wird. Eine dritte in das Kohlefilter 28 eingespeiste Menge kann durch das Ventil 30 geliefert werden, welches mit dem Entfettungsbehälter oder der Kammer 12 verbunden werden kann, so daß der Ausfluß aus der Vakuumpumpe 26 durch die Evakuierung der Kammer 12 zuerst durch das Kohlefilter 28 gefiltert werden kann, bevor es in die Umgebung abgelassen wird. Dies ist besonders wichtig, falls flüchtige, mit den Teilen oder Objekten verbundene, toxische Giftstoffe vorhanden sind, die durch die anfängliche Evakuierung der Kammer 12 abgezogen werden können.

Im Betrieb, mit dem im Destillationsbehälter 58 aufbewahrten Lösungsmittel, wird das Heizelement 60 aktiviert, um die Temperatur des Lösungsmittels wie Tetrachloroethylen auf 100°C zu erhöhen, wobei ein Dampfdruck von 400 Torr erzeugt wird. Die Wärmezufuhr wird durch den von der Dampfquelle 18 durch das Ventil 64 geleiteten Dampf erbracht. Die Erwärmung kann auch durch andere konventionelle Mittel wie elektrische Heizer oder Wärmeübertragungsflüssigkeiten erbracht werden. Das Ventil 24 wird dann geöffnet, so daß die Kammer 12 zur Belüftung mit der Umgebung verbunden wird, das Teil 20 wird auf dem Träger 22 in der Kammer 12 angeordnet, das Ventil 24 wird geschlossen und die Vakuumpumpe 26 in Betrieb genommen. Luft und nicht-kondensierbare Gase und andere flüchtige Gift­ stoffe werden durch die Vakuumpumpe 26 abgezogen und durch das offene Ventil 30 direkt in die Umgebung oder alternativ durch das Kohlefilter 28 und dann in die Umgebung geleitet. Die Vakuumpumpe 26 wird dann abgeschaltet. Da das Tetrachloro­ ethylen-Lösungsmittel in dem Destillationsbehälter 58 sich auf 100°C und einem Dampfdruck von 400 Torr befindet, strömt der Dampf in die Kammer 12, wenn das Ventil 62 geöffnet wird, so daß der Dampf 66 die Kammer 12 füllt und auf dem Teil 20 kondensiert und dieses reinigt. Falls gewünscht, kann flüssiges Lösungsmittel 68 auch durch die Öffnung des Ventils 70 eingeleitet und damit zum Teil oder vollständig die Kammer 12 gefüllt werden, um das Teil 20 für eine flüssige Reinigung einzutauchen. Falls eine Zerstäubung gewünscht wird, werden die Ventile 44 und 42 geöffnet und die Pumpe 46 in Betrieb gesetzt, um das Lösungsmittel durch den Zerstäuber 84 in die Kammer 12 zu leiten oder das Ventil 72 wird geöffnet, um Lösungsmittel aus dem Behälter 58 einzuleiten. Die Ventile 16 und 64 können nun geöffnet werden und die Dampfquelle 18 aktiviert werden, um die Temperatur in der Kammer 12 auf annähernd 121°C zu erhöhen und einen Druck von 760 Torr oder 1 Atmosphärendruck in der Kammer während der Reinigung bereit­ zustellen. Nachdem der Reinigungszyklus beendet ist, wird die Dampfquelle 18 abgeschaltet und die Ventile 16 und 64 ge­ schlossen. Das Ventil 62 kann periodisch geöffnet werden, um dem flüssigen Lösungsmittel 68 zu gestatten, infolge der Schwerkraft durch das offene Ventil 62 zu dem Destillations­ behälter 58 zurückzuströmen. Es wird jedoch öfter der Fall sein, daß der erhöhte Druck von 760 Torr die Flüssigkeit mit ihren Giftstoffen zurück in den Destillationsbehälter 58 treibt. Der Druck in der Kammer 12 fällt nun auf etwa 400 Torr ab.

Anschließend kann die Vakuumpumpe 36 mit eingeschaltetem Wärmetauscher 34 und geöffnetem Ventil 32 in Betrieb gesetzt werden. Damit wird der Dampf 66 im Behälter 12 abgezogen einschließlich der mit dem Objekt 20 verbundenen Dämpfe, so daß dieses während des Prozesses getrocknet wird. Der praktisch reine Dampf wird im Kondensor 34 kondensiert und in den Aufbewahrungsbehälter 38 zurückgeführt, der nur reines Lösungsmittel speichert, das verwendet werden kann, wenn das im Destillationsbehälter 58 befindliche Lösungsmittel kon­ taminiert wird und entfernt und verarbeitet werden muß. Periodisches Ablassen der Luft in den Behältern 38 und 58 wird durch die Ventile 54 und 56 geleistet. Die Trocknung des Teils 20 in der Kammer 12 kann dadurch unterstützt werden, daß Lösungsmitteldampf im Behälter 58 durch das Ventil 62 ge­ drosselt zugeführt wird, während gleichzeitig der Dampf aus der Kammer 12 durch das Ventil 32 und den Kondensor 34 mit Hilfe der Pumpe 36 abgezogen wird.

Schließlich wird die Vakuumpumpe 36 angehalten und das Ventil 24 geöffnet, um die Kammer 12 zu belüften und das Teil 20, das ohne Einleitung von gefährlichen Abfällen in die Umgebung getrocknet und gereinigt wurde, wird entfernt. Gleichzeitig wurde das Lösungsmittel mit einem Minimum an Einsatz und Aufwand vollständig wiedergewonnen, da es nicht mit Luft vermischt wurde und keine Notwendigkeit besteht, die teuren und komplizierten Prozeduren durchzuführen, die erforderlich sind, um das Lösungsmittel von der Luft zu trennen und die Luft von der Kontamination durch das Lösungsmittel zu reinigen.

Wenn das Lösungsmittel im Destillationsbehälter 58 kontaminiert wird, kann das Lösungsmittel abdestilliert werden, indem das mit der Dampfquelle 18 verbundene Ventil 64 geöffnet wird und der Dampf durch die geöffneten Ventile 56 und 78 strömt. Die Pumpe 36 zieht den Dampf durch den Kondensor 34 und leitet gereinigtes Lösungsmittel in den Aufbewahrungsbehälter 38. Nach der Wiedergewinnung des Lösungsmittels können Giftstoffe aus dem Destillationsbehälter 58 durch das Ventil 82 entfernt werden. Reines oder sauberes Lösungsmittel kann dann durch die Ventile 42 und 72 zur Wiederverwendung in den Destillations­ behälter 58 zurückgeführt werden.

In der Fig. 2 ist ein Flußdiagramm dargestellt, welches die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems 10 nach Fig. 1 zeigt. Das zu reinigende Objekt, ein Kleidungsstück oder ein hergestelltes Teil wird im Schritt 100 in der Reinigungskammer angeordnet. Dann wird im Schritt 102 ein Unterdruck angelegt. Dieser entfernt Luft und andere nicht-kondensierbare Gase und ebenso etwa vorhandene flüchtige Giftstoffe. Die in diesem Schritt aus der Kammer evakuierten Gase können, falls not­ wendig, durch geeignete Filter geleitet werden. Der Untergrund ist typischerweise zwischen Atmosphärendruck und Nulldruck. Drucke in der Größenordnung von 10 Torr scheinen ausreichend zu sein. Anschließend wird im Schritt 104 das Lösungsmittel eingeleitet. Dies kann in flüssiger Form oder in Dampfform oder in beiden Formen gleichzeitig geschehen. Dann wird in Schritt 106 das Objekt während einer geeigneten Zeitdauer gereinigt. Während dieser Zeit kann die Temperatur variiert werden, um für die Reinigung des Materials oder des Objekts geeignete Bedingungen zu begünstigen und ebenso um die Dampf­ dichte und die Eindringung des Lösungsmittels in das Objekt zu verbessern. Die Temperaturerhöhung oder -erniedrigung kann nur während des Reinigungsvorgangs bewirkt werden, so daß sich eine substantielle Energieeinsparung ergibt. Es kann sich auch eine substantielle Energieeinsparung aus der Tatsache ergeben, daß eine erhöhte Temperatur der Kammer den differentiellen Druck zwischen den zwei Kammern bis zu einem Punkt erhöht, bei dem der differentielle Druck allein dazu verwendet werden kann, um das Lösungsmittel nach durchgeführtem Reinigungs­ vorgang auszutreiben. Typischerweise wird das Lösungsmittel, das partiell als eine Flüssigkeit und partiell als ein Dampf vorliegt, im Schritt 108 wiedergewonnen, indem zuerst die Flüssigkeit, die die Giftstoffe enthält, entfernt wird und dann der Dampf entfernt wird, der praktisch rein ist, da er ein Destillationsprodukt ist. Eine vollständige Entfernung des Dampfes bewirkt in diesem Schritt ebenso eine Trocknung des Objekts, wodurch die Kontamination der Umgebung mit dampf­ förmigen oder flüssigen Lösungsmitteln, die dem Objekt normalerweise anhaften, weiter minimiert wird. Schließlich wird in Schritt 110 die Kammer der Umgebung geöffnet und das gereinigte Objekt entfernt.

Wenn das Lösungsmittel kontaminiert wird, wird es abdestilliert, indem das Lösungsmittel zuerst in Schritt 112 erhitzt und dann im Schritt 114 der Lösungsmitteldampf extrahiert wird. Der Lösungsmitteldampf wird im Schritt 116 kondensiert und in einem separaten Behälter gespeichert. Die Giftstoffe werden dann im Schritt 118 entfernt.

Obwohl spezifische Merkmale der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt sind, sei darauf hingewiesen, daß diese auch einzeln miteinander kombiniert werden können und daß die Zeichnungen nur bestimmte Ausführungsbeispiele beschreiben.

Claims (26)

1. Lösungsmittel-Reinigungssystem (10) mit geschlossenem Kreislauf umfassend:
eine Kammer (12) zur Aufbewahrung eines zu reinigenden Objekts (20);
eine Vorrichtung (26, 30) zum Erzeugen eines Unterdrucks in der Kammer, um Luft und andere nicht-kondensierbare Gase zu entfernen;
eine Vorrichtung (18, 58, 60, 62, 64, 70) zum Einleiten eines Lösungsmittels in die evakuierte Kammer;
eine Vorrichtung (66, 68, 84) zum Reinigen des Objekts, während eine luftleere Umgebung in der Kammer aufrechterhalten wird;
eine Vorrichtung (32, 34, 36) zur Wiedergewinnung des Lösungsmittels von dem Objekt und der Kammer;
eine Speichervorrichtung (38, 58) zur Speicherung des wiedergewonnenen Lösungsmittels; und
eine Vorrichtung (18, 34, 36, 56, 60, 64, 78) zur Ver­ arbeitung und Reinigung kontaminierten Lösungsmittels inner­ halb des geschlossenen Kreislaufs.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Einleiten eine Vorrichtung (18, 58, 60, 62, 64) zum Zuführen von Lösungsmitteldampf (66) in die Kammer enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Einleiten eine Vorrichtung (18, 58, 60, 64, 70) zum Zuführen flüssigen Lösungsmittels (68) enthält, um die Kammer mindestens teilweise zu füllen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Einleiten eine Vorrichtung (84) zum Zerstäuben des Lösungsmittels in der Umgebung des zu reinigenden Objektes enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Einleiten des Lösungsmittels eine Vorrichtung (18, 60, 64) zum Erhitzen des Lösungsmittels enthält, bevor dieses in die Kammer eingeleitet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Reinigen eine Vorrichtung (14, 16, 18) zum Erhitzen der Kammer während der Reinigung enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung einen Destillationsbehälter (58) und einen Aufbewahrungsbehälter (38) enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Wiedergewinnen des Lösungsmittels von dem Objekt und der Kammer eine Anordnung (70) umfaßt, aufgrund deren Wirkung das flüssige Lösungsmittel in der Kammer veranlaßt wird, in den Destillationsbehälter zu fließen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Wiedergewinnen des Lösungsmittels von dem Objekt und der Kammer eine Vorrichtung (32, 36) zum Abziehen des Dampfs aus der Kammer in den Aufbewahrungsbehälter enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Abziehen des Dampfs aus der Kammer in den Aufbewahrungsbehälter desweiteren eine Vorrichtung (34) zum Kondensieren des Dampfs vor der Einleitung in den Aufbewahrungs­ behälter enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Verarbeiten und Reinigen kontaminierten Lösungsmittels eine Vorrichtung (18, 60, 64) zum Erhitzen und Destillieren des kontaminierten Lösungsmittels enthält.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung einen Destillationsbehälter (58) enthält, der mit einem Aufbewahrungsbehälter (38) in Ver­ bindung steht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Verarbeiten und Reinigen kontaminierten Lösungsmittels eine Vorrichtung (18, 34, 36, 56, 60, 64, 78) zum Erhitzen des Destillationsbehälters, zum Abdestillieren des Lösungsmitteldampfs und zum Einleiten des abdestillierten Dampfs in den Aufbewahrungsbehälter enthält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (32, 34, 36, 62) zum Trocknen des Teils in der Kammer enthaltend eine Vorrichtung (62) zum gedrosselten Einleiten des Lösungsmitteldampfs in die Kammer während gleichzeitigem Abziehen des Dampfs aus der Kammer zur Ver­ arbeitung und Reinigung innerhalb des geschlossenen Kreislaufs.

15. Lösungsmittel-Reinigungsverfahren mit geschlossenem Kreislauf umfassend:
Anordnen eines zu reinigenden Objektes (20) in einer in Bezug auf die Umgebung dichtend verschließbaren Kammer (12);
Anlegen eines Unterdrucks an die Kammer, um Luft und andere nicht-kondensierbare Gase zu entfernen;
Einleiten eines Lösungsmittels in die evakuierte Kammer;
Reinigen des Objektes bei Aufrechterhaltung der luftleeren Umgebung innerhalb der Kammer;
Wiedergewinnen des Lösungsmittels von dem Objekt und der Kammer; und
Verarbeitung und Reinigung kontaminierten Lösungsmittels innerhalb des geschlossenen Kreislaufs.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Einleiten eines Lösungsmittels das Einleiten von Lösungsmitteldämpfen (66) in die Kammer umfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Einleiten eines Lösungsmittels das Einleiten eines flüssigen Lösungsmittels (68) umfaßt, wobei die Kammer mindestens teilweise gefüllt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Einleiten eines Lösungsmittels das Zerstäuben des Lösungsmittels in der Nähe des zu reinigenden Objektes umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Einleiten eines Lösungsmittels das Vorerhitzen des Lösungsmittels umfaßt, bevor es in die Kammer eingeleitet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigen das Erhitzen der Kammer während des Reinigens umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiedergewinnen des Lösungsmittels von dem Objekt und der Kammer einen Verfahrensschritt umfaßt, in dem das flüssige Lösungsmittel in der Kammer unter Druck gesetzt wird, um in einen Destillationsbehälter (58) zu fließen.

22. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiedergewinnen des Lösungsmittels von dem Objekt und der Kammer das Abziehen des Dampfs aus der Kammer zu einem Aufbewahrungsbehälter (38) umfaßt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Abziehen des Dampf 5 aus der Kammer zu dem Aufbewahrungs­ behälter das Kondensieren des Dampfes vor der Zuführung zu dem Aufbewahrungsbehälter umfaßt.

24. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung und Reinigung kontaminierten Lösungsmittels das Erhitzen und Abdestillieren des kontaminierten Lösungs­ mittels umfaßt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeiten und Reinigen kontaminierten Lösungsmittels das Abdestillieren des Lösungsmitteldampfs und das Eintreiben des abdestillierten Dampfes in einen Aufbewahrungsbehälter (38) umfaßt.

26. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Verfahrens schritt Trocknen des Teils in der Kammer durch gedrosseltes Einleiten von Lösungsmitteldampf in die Kammer während gleichzeitigem Abziehen des Dampfes aus der Kammer.