DE69329619T2

DE69329619T2 - Trockenreinigungssystem mit flüssigem, superkritischem kohlendioxyd

Info

Publication number: DE69329619T2
Application number: DE69329619T
Authority: DE
Inventors: T. Carty; G. Dewees; J. Iliff; M. Knafelc; R. Latham; M. Lipton; D. Mitchell; Gregory Taylor
Original assignee: Clorox Co
Current assignee: Clorox Co
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2013-07-10
Also published as: EP0651831B1; WO1994001613A1; ES2151513T3; EP0651831A4; US5412958A; DE69329619D1; US5267455A; BR9306717A; EP0651831A1; JPH07508904A; CA2139950A1; AU666037B2; AU4672593A; KR950702708A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen ein energiegünstiges Trockenreinigungssystem, das superkritisches Kohlendioxid verwendet und das verbesserte Reinigung mit verringerter Wiederablagerung von Verunreinigungen bereitstellt, und das die Schädigung von Polymersubstraten vermindert.

Technisches Gebiet

Die Entfernung von Verunreinigungen von Metall, Maschinen und Präzisionsteilen und aus Textilien (Trockenreinigung) unter Verwendung von Kohlenwasserstoff und halogenierten Lösungsmitteln wird seit vielen Jahren durchgeführt. Herkömmliche Trockenreinigungsmaschinen arbeiten typischerweise wie folgt: ein verunreinigtes Kleidungsstück wird in einem zylindrischen "Korb" im Inneren einer Reinigungskammer plaziert, welche dann verschlossen wird. Ein unpolares Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel wird in die Kammer gepumpt. Das Kleidungsstück und das Lösungsmittel werden durch Rotieren des Korbes zusammengemischt, um die Verunreinigungen und Flecken aus dem Kleidungsstück in das Lösungsmittel zu lösen, während das Lösungsmittel kontinuierlich filtriert und in die Kammer zurückgeführt wird. Nach dem Reinigungszyklus wird der größte Teil des Lösungsmittels entfernt, filtriert und wiederverwendet.
In letzter Zeit wurden die Risiken hinsichtlich Umwelt, Gesundheit und Kosten, die mit diesem Vorgehen verbunden sind, offensichtlich. Kohlendioxid bietet bei dieser Art der Reinigung unter anderen unpolaren Lösungsmitteln potentielle Vorteile. Es vermeidet viele der Probleme hin sichtlich Umwelt, Gesundheit, Gefahren und Kosten, die mit gängigen Lösungsmitteln assoziiert sind.
Flüssig/superkritisches fluides Kohlendioxid wurde als Alternative zu Halogenkohlenwasserstoff-Lösungsmitteln beim Entfernen von organischen und anorganischen Verunreinigungen von den Oberflächen von Metallteilen und bei der Reinigung von Stoffen vorgeschlagen. Beispielsweise wird in dem technischen Brief der NASA MFA-29611 mit dem Titel "Cleaning with Supercritical CO&sub2;," (März 1979) die Entfernung von Öl und Tetrachlorkohlenstoffrückständen von Metall diskutiert. Zusätzlich beschreibt Maffei, U. S. Patent Nr. 4 012 194, erteilt am 15. März 1977, ein Trockenreinigungssystem, in dem gekühltes flüssiges Kohlendioxid verwendet wird; um Verunreinigungen, die an Kleidungsstücken haften, zu extrahieren.
Solche für die Reinigung von Stoffen mit einem dichten Gas, wie Kohlendioxid, vorgeschlagene Verfahren neigen dazu, nur begrenzt verwendbar zu sein, da sie auf Standardextraktionsverfahren basierten, bei denen "sauberes" dichtes Gas in die Kammer mit dem Substrat gepumpt wird und "schmutziges" dichtes Gas ausgelassen wird. Dieser Verdünnungsprozess begrenzt die Reinigungeffizienz ernsthaft, welche für ein schnelles Verarbeiten nötig ist.
Ein anderes Problem bei Versuchen, Kohlendioxid zur Reinigung zu verwenden, ist die Tatsache, dass die Lösungsmittelkraft von dichtem Kohlendioxid, verglichen mit gewöhnlichen flüssigen Lösungsmitteln, nicht hoch ist. Daher wurden Versuche unternommen, die Lösungsmittelbegrenzung zu umgehen.
Die deutsche Patentanmeldung 3 904 514, veröffentlicht am 23. August 1990, beschreibt ein Verfahren, bei dem superkritisches Fluid oder ein fluides Gemisch, welches polare Reinigungsförderer und oberflächenaktive Mittel umfasst, zum Reinigen oder Waschen von Kleidung und Textilien verwendet werden können.
WO 90/06189 ( US-A- 5 013 366) beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von zwei oder mehr Verunreinigungen durch Inkontaktbringen des verunreinigten Substrates mit einer Phase dichten Gases, wobei die Phase zwischen dem flüssigen Zustand und dem superkritischen Zustand durch Variieren der Temperatur verschoben wird. Es wird angenommen, dass das Verschieben der Phase die Entfernung unterschiedlicher Verunreinigungen ohne die Notwendigkeit, unterschiedliche Lösungsmittel zu verwenden, ermöglicht.
Die Probleme des relativ langsamen Bearbeitens, der begrenzten Lösungsmittelkraft und der Wiederablagerung haben jedoch die Verwendbarkeit von Kohlendioxid-Reinigungsverfahren ernsthaft verhindert. Ein anderes besonders ernstes Hindernis für die kommerzielle Annehmbarkeit einer Reinigung mit dichtem Gas ist der Umstand, dass, wenn bestimmte feste Materialien, wie Polyesterknöpfe auf Stoffen oder Polymerteile, aus einer Behandlung mit dichtem Gas entfernt werden, sie dazu neigen, zu zerspringen oder stark verformt zu werden. Dieses Problem der oberflächlichen Blasenbildung und Rissbildung bei Knöpfen und anderen festen Stoffen hat die kommerzielle Verwendung der Reinigung mit Kohlendioxid bei Verbraucherkleidung und elektronischen Teilen verhindert.
Es kann ebenso US-A-4 012 194 erwähnt werden, die ein gekühltes CO&sub2;-Trockenreinigungssystem betrifft, und US-A- 5 123 176, welche ein Standard-Trockenreinigungssystem unter Verwendung von flüssigen Lösungsmitteln betrifft.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist entsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reinigungssystem, bei dem ein für die Umwelt sicheres unpolares Lösungsmittel, wie verdichtetes Kohlendioxid, zur schnellen und effizienten Reinigung mit verringerter Schädigung von festen Bestandteilen, wie Knöpfen, und einer erhöhten Leistungsfähigkeit verwendet werden kann, bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Reinigungssystem mit einer reduzierten Wiederablagerung von Verunreinigungen bereitzustellen, das für den Einbau von aktiven Reinigungsmaterialien anpassbar ist, die nicht notwendigerweise in dem unpolaren Lösungsmittel löslich sind.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Reinigungssystem bereitzustellen, das eine drehbare innere Trommel umfasst, welche so ausgestaltet ist, dass sie das Substrat während der Reinigung aufnimmt, und ein System, in welchem das Reinigungsfluid rundgeführt wird.
Unter einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Reinigung kontaminierter Substrate bereitgestellt. Das System umfasst ein verschließbares Reinigungsgefäß, das eine drehbare Trommel enthält, die dafür angepasst ist, das Substrat aufzunehmen, ein Reinigungsflüssigkeits-Lagerungsgefäß und ein Gasverdampfergefäß zum Wiederverwerten der verwendeten Reinigungsflüssigkeit. Die Trommel ist magnetisch an einen elektrischen Motor gekoppelt, so dass sie während des Reinigungsprozesses gedreht werden kann.
Das erfindungsgemäße System ist besonders geeignet für die Automatisierung, so dass das System durch einen Mikroprozessor gesteuert werden kann. Darüberhinaus erlaubt die Automatisierung eine erhöhte Energieeffizienz, da der Erwärmungs- und Abkühlungseffekt, der mit der CO&sub2;-Gaskondensation und -expansion verbunden ist, dazu benutzt werden kann, verschiedene Teile des Systems zu erhitzen und zu kühlen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein diagrammartiges Fließschema, das das erfindungsgemäße System zeigt.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Reinigungsgefäßes.
Fig. 3 zeigt graphisch die Temperatur- und Druckbedingungen innerhalb einer schraffierten Fläche, in der die Reinigung zur Reduzierung der Knopfbeschädigung vorzugsweise ausgeführt wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In einem Ausführungsbeispiel betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung eines Substrates mit einem verdichteten Gas, umfassend:
ein versiegelbares Reinigungsgefäß 10, das einen Teilraum mit Temperaturänderungsmitteln 114, die damit funktionsfähig verbunden sind, um die Temperatur innerhalb des Teilraums einzustellen, umfasst;
eine drehbare Trommel 110, die daran angepasst ist, das Substrat aufzunehmen, wobei die Trommel innerhalb des Reinigungsgefäßteilraumes positionierbar ist, und das Substrat wählbar in Kontakt mit dem verdichteten ersten Gas gebracht wird, wenn es innerhalb dieses Teilraums ist;
ein Lagerungsgefäß 12 in fluider Verbindung mit dem Teilraum;
ein Gasverdampfergefäß 11 in fluider Verbindung mit dem Teilraum, wobei das Lagerungsgefäß in fluider Verbindung mit dem Gasverdampfergefäß durch erste Leitungsmittel ist;
und dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel 103 umfasst, um nachfolgend ein komprimiertes zweites Gas bei einem gewählten Druck in den Teilraum einzuführen, um das verdichtete erste Gas zu ersetzen, wobei das komprimierte zweite Gas unpolar ist, und wobei es sich von dem verdichteten ersten Gas unterscheidet, und es im Zustand einer geringeren Dichte als das erste Gas, aber bei einem Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes ist.
Ein Reinigungssystem, das ein im wesentlichen unpolares Fluid, wie verdichtes Kohlendioxid (CO&sub2;), als Reinigungsfluid bzw. Reinigungsflüssigkeit verwenden kann, ist in Fig. 1 schematisch gezeigt. Das System umfasst im allgemeinen drei Gefäße, das Reinigungsgefäß 10, vorzugsweise eine rotationsfähige Trommel, das Gasverdampfergefäß 11 und das Lagerungsgefäß 12, die alle miteinander verbunden sind. Das Reinigungsgefäß, in dem verschmutzte Substrate (z. B. Kleidungsstücke) aufgenommen werden und in Kontakt mit der Reinigungsflüssigkeit bzw. dem Reinigungsfluid gebracht werden, wird auch Autoklav genannt. Wie im weiteren beschrieben werden wird, wird ein Großteil des CO&sub2;- Reinigungsfluids in diesem System wiederaufbereitet.
CO&sub2; wird oft in gekühlten Tanks bei etwa 21,09 kg/cm² (etwa 300 psi) und -18ºC gelagert und/oder transportiert. Zur Beschickung des erfindungsgemäßen Systems mit CO&sub2; wird die Pumpe 21 so eingestellt, dass flüssiges CO&sub2; mit geringem Druck durch die Leitung 92 gezogen wird, die mit einem gekühlten Tank (nicht gezeigt) durch ein Zusatzheizmittel 42, welches die Temperatur des CO&sub2; anhebt, verbunden ist.
Das Heizmittel besitzt vorzugsweise Rippenrohrschlangen, durch die Umgebungsluft fließt, und verwendet elektrische Widerstandsheizung. Die Pumpe 21 ist eine Ein-Kolben-Pumpe mit direktem Antrieb. Flüssiges CO&sub2; wird dann in dem Lagerungsgefäß 12 bei etwa 64,33 kg/cm² (etwa 912 psi) und 25ºC gelagert. Das Lagerungsgefäß ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden in dem System konventionelle Temperaturmessgeräte (jedes als eingekreistes "T" angegeben), Druckmessgeräte (jedes als eingekreistes "P" angegeben), Messgeräte für den Stand des flüssigen CO&sub2; (jeweils als eingekreistes "L" angegeben) und ein Durchflussmengenmessgerät (angegeben als eingekreistes "F") verwendet. Außerdem werden konventionelle Ventile verwendet.
Im Betrieb wird das Reinigungsgefäß, nachdem das verunreinigte Substrat in das Reinigungsgefäß überführt wurde, dann mit gasförmigem CO&sub2; (aus dem Lagerungsgefäß) bis zu einem Zwischendruck von annähernd 14,06 bis 21,09 kg/cm² (annähernd 200 bis 300 psi) beschickt, um einen extremen thermischen Schock der Kammer zu vermeiden. Das gasförmige - CO&sub2; wird in das Reinigungsgefäß durch die Leitungen 82 und 84 geführt. Danach wird flüssiges CO&sub2; in das Reinigungsgefäß aus dem Lagerungsgefäß durch die Leitungen 80, 91, 81 und 82 durch Pumpe 20 gepumpt, welche vorzugsweise Zwillingskolben mit entweder direktem oder hydraulischem/elektrischem Antrieb besitzt. Die Pumpe hebt den Druck des flüssigen CO&sub2; auf etwa 62,28 bis 105,46 kg/cm² (etwa 900 bis 1500 psi) an. Das Unterkühlmittel 30 erniedrigt die Temperatur des CO&sub2; um 2º bis 3º unter den Siedepunkt, um Pumpenkavitation zu verhindern. Die Temperatur des CO&sub2; kann durch die Heiz/Abkühlrohrschlangen 95, die in dem Reinigungsgefäß angeordnet sind, eingestellt werden. Vor oder während des Reinigungszyklus können Reinigungszusatzmittel in das Reinigungsgefäß von der Pumpe 23 durch die Leitungen 82 und 83 zugeführt werden. Darüberhinaus kann die Pumpe 23 durch die Leitungen 82 und 83 ebenso verwendet werden, um ein komprimiertes Gas in das Reinigungsgefäß wie unten beschrieben zu führen.
Die Anwendung der Erfindung erfordert den Kontakt eines Substrates mit einer Verunreinigung mit dem ersten, im wesentlichen unpolaren Fluid, das sich in flüssigem oder einem superkritischen Zustand befindet. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 kann, wenn CO&sub2; als erstes Fluid verwendet wird, dessen Temperatur über einen weiten Bereich von leicht unter etwa 20ºC bis leicht über etwa 100ºC variieren, wie auf der horizontalen Achse angegeben ist, und der Druck kann von etwa 70, 1 kg/cm² bis etwa 351, 53 kg/cm² (von etwa 1000 psi bis etwa 5000 psi) reichen, wie auf der vertikalen Achse gezeigt ist. Es wurde jedoch gefunden, dass in diesem breiten Temperatur- und Druckbereich eine Zone existiert (dargestellt durch die schraffierte Fläche auf der linken bzw. der konvexen Seite det Kurve), wo die Blasenbildung an der Oberfläche von Bestandteilen, wie Knöpfen, reduziert werden kann, während die Durchführung außerhalb dieser Zone dazu neigt, zu durchaus ernsthafter Knopfbeschädigung zu führen. Wie aus dieser schraffierten Region der Fig. 3 ersichtlich ist, liegen bevorzugte Bedingungen zwischen 63,28 kg/cm² bis 140,61 kg/cm² (zwischen etwa 900 psi bis 2000 psi) bei Temperaturen zwischen etwa 20ºC und etwa 45ºC, wobei bevorzugtere Bedingungen ein Druck von etwa 63, 28 kg/cm² bis etwa 105, 46 kg/cm² (von etwa 900 psi bis etwa 1500 psi) bei Temperaturen zwischen etwa 20ºC und 100ºC oder von etwa 246, 07 kg/cm² bis etwa 351, 53 kg/cm² (von etwa 3500 psi bis etwa 5000 psi) bei Temperaturen zwischen etwa 20ºC und 37ºC sind. Werden Stoffe gereinigt, arbeitet man vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereiches zwischen etwa 20ºC und etwa, 100ºC. Zusätzlich wurde gefunden, dass innerhalb dieses Bereiches diejenigen Verfahren, bei denen die Temperatur vor der Dekompression erhöht wird, den Schaden an polymeren Teilen reduzieren.
Geeignete Verbindungen als erstes Fluid sind entweder flüssig oder sind in einem superkritischen Zustand innerhalb der gestrichelten Temperatur- und Druckfläche, die in Fig. 3 gezeigt ist. Das besonders bevorzugte erste Fluid zur Durchführung der Erfindung ist wegen seiner leichten Erhältlichkeit und seiner Sicherheit bezüglich der Umwelt Kohlendioxid. Die kritische Temperatur von Kohlendioxid ist 31ºC und die Dichte (oder komprimierte) Gasphase oberhalb der kritischen Temperatur und nahe (oder oberhalb) des kritischen Drucks wird oft als "superkritisches Fluid" bezeichnet. Andere verdichtete Gase, die für ihre superkritischen Eigenschaften ebenso wie Kohlendioxid bekannt sind, können auch als erstes Fluid entweder selbst oder im Gemisch verwendet werden. Diese Gase umfassen Methan, Ethan, Propan, Ammonium-Butan, n-Pentan, n-Hexan, Cyclohexan, n-Heptan, Ethylen, Propylen, Methanol, Ethanol, Isopropanol, Benzol, Toluol, p-XyXol, Chlortrifluormethan, Trichlorfluormethan, Perfluorpropan, Chlordifluormethan, Schwefelhexafluorid und Distickstoffoxid.
Obwohl das erste Fluid selbst im wesentlichen unpolar ist, kann es andere Bestandteile umfassen, wie z. B. eine Quelle für Wasserstoffperoxid und ein organisches Bleichaktivierungsmittel hierfür, wie in US-A-5 431 843 und US-A-5 486 212 beschrieben. Beispielsweise kann die Quelle für Wasserstoffperoxid ausgewählt werden aus Wasserstoffperoxid oder einem anorganischen Peroxid, und das organische Bleichaktivierungsmittel kann ein Carbonylester, wie Alkanoyloxybenzol, sein. Weiterhin kann das erste Fluid einen Reinigungszusatz wie eine andere Flüssigkeit (z. B. Alkane, Alkohole, Aldehyde und ähnliche, insbesondere Mineralöl oder Petrolatum), wie in US-A-5 27-9 615 beschrieben, umfassen.
Bei einer bevorzugten Art der Ausführung der vorliegenden Erfindung werden Stoffe zuerst vorbehandelt, bevor sie mit dem ersten Fluid in Kontakt gebracht werden. Die Vorbe handlung kann bei etwa Umgebungsdruck und -temperatur oder bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Vorbehandlung eines zu reinigenden Stoffes das Inkontaktbringen mit Wasser, einem oberflächenaktiven Mittel, einem organischen Lösungsmittel und anderen aktiven Reinigungsmaterialien, wie Enzymen, umfassen. Überraschenderweise wird der Fleckenentfernungsprozess tatsächlich erschwert, wenn diese Vorbehandlungsbestandteile zu der Stammlösung des verdichteten Kohlendioxids (anstelle einer Vorbehandlung) zugefügt werden.
Da Wasser in Kohlendioxid nicht sehr löslich ist, kann es an das Substrat, das in einer dichten Kohlendioxidatmosphäre gereinigt wird, adhärieren und den Reinigungsprozess erschweren. Umfasst eine Vorbehandlungsstufe Wasser, wird daher eine Stufe nach dem ersten Fluidreinigen bevorzugt, in der das Reinigungsfluid mit einem hygroskopischen Fluid, wie Glycerin, in Kontakt gebracht wird, um Wasser zu entfernen, das sonst an den Stoff absorbiert.
Die Reinigung mit Kohlendioxid nach dem Stand der Technik beinhaltete typischerweise ein Verfahren des Extraktionstyps, bei dem sauberes, dichtes Gas in eine Kammer, die das Substrat enthält, gepumpt wird, während "schmutziges" dichtes Gas abgezogen wird. Diese Art der kontinuierlichen Extraktion begrenzt die Fähigkeit, schnell zu bearbeiten, und außerdem neigt verbleibender Schmutz dazu, auf dem Substrat und den Kammerwänden wiederabgelagert zu werden, wenn der Druck in der Reinigungskammer entspannt wird. Dieses Problem wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden (obwohl die vorliegende Erfindung auch zur Verwendung als kontinuierlicher Extraktionsprozess angepasst werden kann, falls nötig).
Die Zeit, während derer die zu reinigenden Gegenstände dem ersten Fluid ausgesetzt sind, wird abhängig von der Art des zu reinigenden Substrats, dem Grad der Verschmutzung usw. Variieren. Beim Arbeiten mit Stoffen ist jedoch eine typische Expositionszeit gegenüber dem ersten Fluid etwa 1 bis 120 Minuten, bevorzugter zwischen 10 bis 60 Minuten. Zusätzlich können die zu reinigenden Gegenstände bewegt oder geschleudert werden, um die Reinigungswirkung zu erhöhen. Natürlich ist ein Bewegen für empfindliche Gegenstände, wie elektronische Bauteile, nicht angeraten.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird das erste Fluid von einem zweiten Fluid ersetzt, das ein komprimiertes Gas ist, wie komprimierte Luft oder komprimierter Stickstoff. Mit "komprimiert" ist gemeint, dass das zweite Fluid (Gas) sich in einem Zustand geringerer Dichte als das erste Fluid, aber bei einem Druck oberhalb des atmosphärischen, befindet. Das unpolare erste Fluid, wie Kohlendioxid, wird typischerweise und vorzugsweise mit einem unpolaren zweiten Fluid, wie Stickstoff oder Luft, ersetzt. Auf diese Weise wird das erste Fluid von dem Kontakt mit dem Substrat entfernt und mit einem zweiten Fluid ersetzt, welches ein komprimiertes Gas ist. Dieses Entfernen und Verdrängen wird vorzugsweise durch Verwendung des zweiten Fluids, um das erste Fluid zu ersetzen, durchgeführt, so dass das zweite Fluid zwischen dem Substrat und der getrennten Verunreinigung angeordnet wird, was dabei hilft, die Wiederablagerung der Verunreinigung auf dem Substrat zu Verzögern. Das zweite Fluid kann daher als Spülgas angesehen werden, und es wird angenommen, dass der bevorzugte komprimierte Stickstoff oder die bevorzugte komprimierte Luft langsamer als das verdichtete erste Fluid, wie das verdichtete Kohlendioxid, diffundiert. Von dieser langsameren Diffusionsgeschwindigkeit wird angenommen, dass sie nützlich ist bei der Vermeidung oder der Reduktion der Beschädigung von permeablen polymeren Materialien (wie Knöpfe), die ansonsten leicht auftreten.
Besonders bevorzugt ist das zweite Fluid auf einen Wert etwa gleich zu P&sub1; bei einer Temperatur T&sub1; komprimiert, wenn es das erste Fluid ersetzt. Dieser Druckwert von etwa P&sub1;/T&sub1; ist etwa äquivalent zu dem Druck und der Temperatur in der Kammer, wenn sich die Verunreinigung von dem Substrat trennt. D. h., der Wert P&sub1; ist vorzugsweise der Enddruck des ersten Fluids, wenn es aus dem Kontakt mit dem Substrat entfernt wird. Obwohl der Druck auf diese Weise vorzugsweise ungefähr konstant gehalten wird, kann sich das molare Volumen signifikant ändern, wenn die Kammer, die mit dem ersten Fluid gefüllt war, mit dem komprimierten zweiten Fluid gespült wird.
Die Zeit, in der das Substrat gereinigt wird, wird unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren variieren, wenn es mit dem ersten Fluid in Kontakt gebracht wird, und genauso wird die Zeit variieren, wenn es mit dem zweiten Fluid in Kontakt gebracht wird. Im allgemeinen wird, wenn Stoffe gereinigt werden, eine bevorzugte Kontaktzeit von 1 bis 120 Minuten, besonders bevorzugt von 10 bis 60 Minuten, reichen. Die zu reinigenden Gegenstände können wieder bewegt oder geschleudert werden, wenn sie in Kontakt mit dem zweiten Fluid sind, um die Effizienz zu erhöhen. Bevorzug- - te Werte von P&sub1;/T&sub1; sind etwa 56, 25 bis 351, 53 kg/cm² (etwa 800 bis 5000 psi) bei 0ºC bis 100ºC, besonders bevorzugt etwa 70, 31 bis 175, 77 kg/cm² (etwa 1000 bis 2500 psi) bei 20ºC bis 60ºC.
Gefleckte und verunreinigte Kleidungsstücke können mit einer Formulierung vorbehandelt werden, die so ausgestaltet ist, dass sie in Verbindung mit CO&sub2; arbeitet. Diese Vorbehandlung kann ein Bleichmittel und ein Aktivierungsmittel und/oder den synergistischen Reinigungszusatz umfassen. Die Kleidungsstücke werden dann in die Reinigungskammer gegeben. Als alternative Methode kann die Vorbehandlung auf die Kleidungsstücke aufgesprüht werden, nachdem sie in die Kammer gegeben wurden, aber vor dem Zusatz von CO&sub2;.
Die Kammer wird mit CO&sub2; gefüllt und mit dem geeigneten Druck- und Temperaturreinigungsweg programmiert. Andere Reinigungszusätze können während dieses Verfahrens zugefügt werden, um die Reinigung zu verbessern. Das CO&sub2; in der Reinigungskammer wird dann in Kontakt mit einem hygroskopischen Fluid gebracht, um der Entfernung des Wassers von dem Stoff zu dienen. Das zweite Fluid (komprimiertes Gas) wird dann in die Kammer bei dem gleichen Druck und der gleichen Temperatur wie das erste Fluid gepumpt. Das zweite Fluid ersetzt das erste Fluid in dieser Stufe. Sobald das erste Fluid ausgespült worden ist, kann die Kammer dekomprimiert werden und die sauberen Kleidungsstücke entnommen werden.
Um den Großteil des CO&sub2; aus dem Reinigungsgefäß rückzugewinnen, wenn es durch das komprimierte Gas ersetzt worden ist, wird das CO&sub2; aus dem Reinigungsgefäß in das Verdampfergefäß 11 entlassen, welches mit einem internen Wärmetauscher 40 ausgestattet ist. Das Reinigungsgefäß wird durch die Leitungen 87, 89, 91 und 88 durch Pumpe 20 entleert, wodurch gasförmiges CO&sub2; bei einem Druck von etwa 14,06 kg/cm² (etwa 200 psi) gewonnen wird. Während des Rückgewinnungsprozesses wird das Reinigungsgefäß gleichzeitig erhitzt; nichtaufgefangenes CO&sub2; wird in die Atmosphäre entlüftet. Aus dem Verdampfergefäß wird CO&sub2; kontinuierlich durch Stripping des gasförmigen CO&sub2; mit aktivierter Kohle in den Filtern 50 und nachfolgendem Kondensieren des sauberen gasförmigen CO&sub2; durch die Kondensationsvorrichtung 31 wiedergereinigt, so dass das wiedergewonnene CO&sub2; zur späteren Verwendung wieder in das Lagerungsgefäß geführt wird. Schmutz, Wasser, Zusatzmittel und andere Reste werden in periodischen Zeiträumen aus dem Verdampfergefäß durch Ventil 66 entfernt.
Fig. 2 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Reinigungsgefäßes, das für die Reinigung von Stoffsubstraten (z. B. Kleidung) mit superkritischem CO&sub2; besonders ge eignet ist. Das Reinigungsgefäß umfasst eine äußere Kammer 100 mit Einlass- und Auslassöffnungen 101 und 102 für gasförmiges CO&sub2;, Einlass- und Auslassöffnungen 103 und 104 für komprimiertes Gas (z. B. Luft) und Einlass- und Auslassöffnungen 105 und 106 für flüssiges CO&sub2;. Obwohl das gasförmige CO&sub2;, das komprimierte Gas und das flüssige CO&sub2; jeweils getrennte Einlass- und Auslassöffnungen haben, kann das Reinigungsgefäß anstelle dessen eine Öffnung mit Einlass- als auch Auslassfunktionen für jedes Fluid haben. Im Inneren der Kammer befindet sich der Korb oder die Trommel 110, die von zwei Sätzen von Walzen 111 und 111a getragen wird. Der Korb weist Perforationen 130 auf, so dass gasförmiges und flüssiges CO&sub2; einfach in den Korb eindringen und ihn verlassen kann. Die Flügel 112 führen zu einer Bewegung, wenn die Trommel gedreht wird. Zu reinigende Substrate werden in den Korb durch eine Öffnung in der Kammer gebracht, welche durch eine schwenkbäre Tür 113 verschlossen wird, wenn das Reinigungsgefäß verwendet wird. An der äußeren Begrenzung der äußeren Kammer sind Rohrschlangen 114 gelegen, durch die Kühlungs- oder Erhitzungsfluid zirkuliert werden kann. Die Trommel im Korb 110 ist vorteilhaft, da sie eine größere Oberflächenfläche der Stoffsubstrate dem dichten Fluid aussetzt und kann außerdem zu einem gewissen mechanischen Abtrennen des Schmutzes von dem Stoff beitragen. Außerdem kann im Falle, dass sich in der Kammer eine Grenzfläche oder ein Dichtegradient gebildet hat, die Rotation der Trommel die Stoffe "im Kreis führen", wodurch eine Trennung des Schmutzes von den Stoffen bewirkt wird. Zusätzlich kann das dichte Gas vorteilhaft von dem Stoff durch die Rotationsbewegung der Trommel abgetrennt oder vertrieben werden.
Der Korb ist magnetisch an einen Motor 120 gekoppelt, der vorzugsweise elektrisch ist, so dass der Korb rotiert werden kann. Andere Antriebsmittel für den Antrieb des Korbs sind möglich. Besonders ist der innere Korb an ein Plattformteil 121, das drehbar auf den Kugellagern 122 ruht, und die Antriebsscheibe 123 befestigt. Die Plattform und die Antriebsscheibe sind drehbar durch die Magnete 124 verbunden, die in geeigneter Anzahl um deren Kreisumfang angeordnet sind. Die Antriebsscheibe ist mit dem Motor durch Riemen 125 und Riemenscheibe 126 oder andere geeignete Mittel verbunden. Ist der Korb magnetisch an einen Motor gekoppelt, kann der Korb vorteilhaft von der äußeren Umgebung ohne Verlust der Verschlussintegrität verschlossen werden, da Antriebswellen und andere Antriebsmittel, die in den Korb hineinragen, vermieden werden. Daher können unter Verwendung von magnetischer Verbindung Antriebswellen und damit verbundene Dichtungsringe und ähnliches vermieden werden. Weiterhin kann der Korb, wenn der Korb magnetisch verbunden ist, vorteilhafterweise aus der Kammer entfernt und wieder eingefügt werden. Auf diese Art und Weise kann der Korb eine Bestandteilseinheit sein und, falls nötig, können verschiedene Btoffladungen mit unterschiedlichen Wascherfordernissen in unterschiedliche Körbe beladen werden und auf diese Weise einer nach dem anderen zur Erleichterung der Reinigung in die Kammer geladen werden. Das Reinigungsgefäß wird im allgemeinen aus Materialien hergestellt, die mit den verwendeten dichten Fluiden chemisch kompatibel sind und genügend stark sind, um den Drücken, die notwendig sind, um das Verfahren durchzuführen, zu widerstehen, wie rostfreier Stahl oder Aluminium. Das in Fig. 2 gezeigte Reinigungsgefäß kann als Autoklav 10 in dem in Fig. 1 gezeigten System verwendet werden.
Es ist klar, dass, während die Erfindung oben in Verbindung mit bevorzugten spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, die Beschreibung und die Beispiele dazu da sind, zu illustrieren und nicht den Umfang der Erfindung zu begrenzen, welcher durch den Umfang der folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Reinigung eines Substrats mit einem verdichteten Gas, umfassend:

ein versiegelbares Reinigungsgefäß (10), das einen Teilraum mit Temperaturänderungsmitteln (114), die damit funktionsfähig verbunden sind, um die Temperatur innerhalb des Teilraumes einzustellen, umfasst;

eine drehbare Trommel (110), die daran angepasst ist, das Substrat aufzunehmen, wobei die Trommel innerhalb des Reinigungsgefäßteilraumes positionierbar ist, und das Substrat wählbar in Kontakt mit dem verdichteten ersten Gas gebracht wird, wenn es innerhalb dieses Teilraums ist;

ein Lagerungsgefäß (12) in fluider Verbindung mit dem Teilraum;

ein Gasverdampfergefäß (11) in fluider Verbindung mit dem Teilraum, wobei das Lagerungsgefäß in fluider Verbindung mit dem Gasverdampfergefäß durch erste Leitungsmittel ist;

und dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (103) umfasst, um nachfolgend ein komprimiertes zweites Gas bei einem gewählten Druck in den Teilraum einzuführen, um das verdichtete erste Gas zu ersetzen, wobei das komprimierte zweite Gas unpolar ist, und wobei es sich von dem verdichteten ersten Gas unterscheidet, und es im Zustand einer geringeren Dichte als das erste Gas, aber bei einem Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes ist.

2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lagerungsmittel (12) in fluider Verbindung mit dem Teilraum durch zweite Leitungsmittel steht, und worin die Vorrichtung weiterhin umfasst:

Mittel (23, 82, 83) zum injizieren von Reinigungszusätzmitteln in das Reinigungsgefäß (10).

3. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung weiterhin umfasst:

Kühlungsmittel (30), die in den zweiten Leitungsmitteln angeordnet sind, um das Gas aus dem Lagerungsgefäß (12) unter dessen Siedepunkt zu kühlen.

4. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei das Verdampfergefäß (11) weiterhin umfasst:

Mittel (40) zur Einstellung der Gastemperatur darin.

5. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin umfassend:

Filtermittel (50) zur Entfernung von flüchtigen Verunreinigungen aus Gasen in den ersten Leitungsmitteln.

6. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung weiterhin umfasst:

Kondensatabscheidemittel (31) zum Kondensieren von filtriertem Gas aus dem Filtermittel.

7. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Trommel (110) zylindrisch ist, und von mindestens zwei Sätzen Walzen (111, 111a) getragen wird, und wobei das Reinigungsgefäß weiterhin Antriebsmittel zum Rotieren der Trommel umfasst, und wobei die Antriebsmittel einen Antrieb (123) besitzen, der magnetisch an die Trommel gekoppelt ist.

8. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Antriebsmittel einen Motor (120) umfassen, der bewirkt, dass die Trommel rotiert.

9. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Motor (120) elektrisch ist.

10. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Trommel (110) entfernbar im Inneren des Reinigungsgefäßteilraums positionierbar ist.