JP3112879B2 - 染色槽ターンオーバ率の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、染色槽ターンオー
バ率をモニターし制御するための方法に関し、特に糸染
めパッケージ用の装置専用のものではない。更に詳しく
は、染色液を循環させるために電気モータによって駆動
される遠心渦巻きポンプから成るポンプ／モータセット
を使用し、該ポンプ／モータセットが、モータ電流と液
の流量の間に相関関係を有し、両方とも実質的に線形で
大きく傾斜した特性を有しており、消費したモータ電流
から液の流量を決定する形式の循環システム内の液の流
量を制御する染色槽ターンオーバ率の制御方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維製品の製造のための紡糸の染色工程
において、浸染するために、紡糸は、先ず、有孔円筒コ
イルまたは円筒形ボビンように形成された浸染チューブ
に巻き付けられる。そのような巻付けボビンはパッケー
ジと呼ばれている。複数のパッケージを複数の僅かに小
さな直径を持つ多孔チューブに通して積重ねるか、また
はスピンドルと呼ばれる十字型または三角形の押出し成
形品に通して円形マニフォールドまたはキャリアの上に
垂直に装着することができる。浸染チューブおよびパッ
ケージが装填された後にキャリアは、キヤー(Kier)とし
て知られる円筒形の染色槽の中に降下される。キヤーに
は、ポンプ、熱交換器および逆流弁が備えられ、閉鎖し
て加圧処理することもできる。染色液は、次にパッケー
ジを通って両反対方向に循環され、加圧された高温環境
下での浸染効果が得られるようになっている。

【０００３】染液が一方向だけに流れるようになってい
れば、染色液に最初に接触する繊維が最高濃度または最
少疲労染色液によって処理されるため、染色が不均一に
なる傾向となるであろう。染料がパッケージの内側だけ
に「染み込む(strike)」ようになっていれば、繊維の質
量を均染化するための濃度レベルにするには長時間掛か
るであろう。これは結局、「転流（migration)」と呼ば
れる処理工程によって行なわれ、その際、より濃度の高
い領域にある染料色素は、染色液の濃度の低下につれて
染色液内に戻る傾向があり、従って、繊維の内部に入り
吸収されるのは少量の染料となってしまう。

【０００４】温度は染色の進行を促す作用があるため、
それによって多くの染料が繊維の分子構造の中に吸収さ
れ、温度が一方向流れで上昇すると、その間、染色プロ
セスが加速され、また初期の染色むらも増加することに
なる。これは、均一な染色基準に達するまでその後再び
転流する必要性が増大する。このため、染料の濃度は結
局、転流によって完全に均一になるため、そのような平
衡状態に達するのに必要な時間は、単純な染色に必要な
時間よりも数倍かかり、それゆえ、できるだけ均一に染
料を染み込ませるための条件を備えることによって、転
流の回数を減少出来ると言う明白な利点がある。

【０００５】周期的に染色流体フローを逆転（転流）さ
せることが不均一性を最少にするための一般に行われる
テクニックであり、最適な均染性はフロー逆転流の周期
および温度上昇率の両方に関連する染色槽のターンオー
バ率を制御することによって得られる。概して言えば、
フローは全染色槽を逆流するやいなや、紡糸を一回一方
向に定温度で、次に一回別の方向に通過し、パッケージ
壁を横切る色合い濃淡(shade)の差は多かれ少なかれ
「染み込む段階(strike phase)」にはできるだけ低くな
るであろう。通常のとおり、処理工程において温度上昇
が必要であれば、染着の最大均染性を得るために、時間
よりもむしろ染色槽ターンオーバの回数を増加すること
が必要となるものである。

【０００６】紡糸の物理的特性、したがってパッケージ
を流れる抵抗自体は温度の増加につれて変化し、このた
め流路抵抗が変化して、その結果、流量は両方の方向で
同じにならないので、「リットル／分」という表現は、
「染色槽ターンオーバ／分」よりも実際の紡糸の染色作
業ではあまり意味のない尺度である。

【０００７】パッケージの染色特性も、流量が増加する
につれて、幾つかのパッケージに内側から外側への流れ
で「ブロー（通り抜け）」する傾向を生じる。このこと
は、パッケージ全体が物理的に破壊されることを常に意
味しているのではなく、パッケージの変形または繊維の
分離が若干のエリアに起き、ほかのエリアには起きない
ことを意味している。パッケージ特にスピンドルの最上
部と底部またはパッケージ間のスペースが異っている状
態で不均等に処理した結果であり、それによって、不均
一な染着を結果として生ずる。

【０００８】紡糸の並んだ隙間の空所を外側から内側へ
の流れは、そのような「ブロー」を実質的に停止させる
ような過度の圧力が作用して殆ど閉じられる。また、染
色機に受け入れ可能な許容範囲を外れた偏差に対して
は、直ちに警告を出すようにする必要があり、その結
果、機械構成品の故障は検出され、規格外品が生産され
る前に修正されるが、すべては非常に頻繁に起きるの
で、規格外製品が生産された後に検討結果としてそのよ
うな修正が影響されることになる。流量制御装置の応答
の感度と速度は、特に重要な事項である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来、全開位置にある
絞り弁によって流量を設定し、機械的タイマによってリ
バーサル（転流）時間を設定し、同様な方法で、ドラム
形記録紙付きの時計式ペン型記録装置で温度を設定する
標準的な方法が行われていた。

【００１０】単純な例を挙げれば、温度を例えば９０℃
から１８０℃に30分で、または１分間３℃で上昇させる
場合に、染色槽ターンオーバ率３回／分で、染料の最均
染は１℃／染色槽ターンオーバの増加で注意深く制御さ
れた結果から得られる。異なった温度範囲および異なっ
た染料の組合せでの異なった染料の染み込みがこの単純
な例を複雑化している。異なった温度増加率での最適結
果を得るために、染色作業の間、異なった温度範囲が必
要となることがある。

【００１１】このことは既存の標準を維持するだけでな
く、さらに染色槽ターンオーバ率を正確に制御するとい
う広範囲なパッケージに対する装置の能力を確立し、完
全に活用することである。パッキング染色機のような直
動式循環システムで流量の正確な測定は、容易なことで
はない。なぜなら、部分的に不可避の乱流や渦流が常に
存在し、またプロセス固有の温度変化のためである。さ
らに、循環システムにおいて速度が大きくなるにつれ
て、正確な流量測定に必要な理想的な層流状態から外れ
た流量特性を示すようになり、紡糸への染色作業を測定
することがさらに困難になってくる。

【００１２】ポンプによる染色作業は、ポンプを駆動す
る駆動モータの消費電流から決定することができるが、
染色機で使用するほとんどのポンプにおいて、これは染
液循環と直線的に相関しないものである。ポンプの能力
範囲の選択された部分で速度を圧力に変換することによ
ってポンプ曲線を修正するようにポンプケーシングを成
形した遠心渦巻きポンプを使用することは通常の方法で
あり、最大値に上がってから再び低下する電流曲線につ
いては一般的である。同じ電流を消費するのに２つの異
なった流量が存在すれば、制御目的のためには明らかに
不適当である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による染色槽ター
ンオーバ率の制御方法は、前記循環システムが、染色槽
と、該染色槽に接続された中央垂直ダクトと、該ダクト
の外周を取り巻くように設けられたバイパスを形成する
周囲導管とを有し、かつ、染色槽内の染色液の流れを逆
転するために、前記中央垂直ダクトへ流入する染色液の
流れを制限して該染色液の大半を前記周囲導管を介して
流入させる該中央垂直ダクトに設けられた逆流弁を有
し、前記ポンプが、該ポンプのインペラから直接無抵抗
状態で液体流量を得るためにコレクタリング付きのポン
プケーシングに組み込まれており、更に、前記逆流弁の
フロー制御目的のために行う角変位量が、モータ電流の
読取値に応答して連続的に調整される。既存のコンピュ
ータ技術と互換性のある制御手段を、このポンプと共に
使用することができ、その結果、従来の流量測定装置を
廃止することができる。また、このポンプは実際の流量
と完全に対応する出力曲線を持つことができ、このため
理想的な制御が可能となる。

【００１４】このように、適切なポンプ設計によって、
ポンプを介した染液の流量は精密に制御することができ
る。しかし、この測定作業が行なわれる染液の全量が実
際に負荷として通過すること、およびこの液量がバイパ
スしてポンプに戻らないようにすることが必要である。
逆流弁が絞り型逆流弁であることはこの目的のために大
いに適している。

【００１５】好都合なことに、急傾斜、直線的な出力曲
線を使用する高流量、低水頭コレクタリングポンプによ
って、システム抵抗を減少することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、最初に図１と図２を参照し
て本発明による染色槽ターンオーバ率の制御方法を実施
するためのシステムの１つの具体的構成に就いて以下に
説明する。染色液で糸染めパッケージを処理するための
システムは、原動機（図示していない）によって回転す
るコレクターリング付き渦巻きポンプ１と、ハウジング
２の中の逆流弁と、ポンプ１の出力接続部４から逆流弁
ハウジング２の入力接続部５に接続する大口径パイプ３
と、逆流弁ハウジング２の出力フランジ６からポンプ１
の入力接続部７に接続する大口径パイプ３、３ａと、お
よび逆流弁２に装着された処理槽８から構成される。液
は、図１に矢印で示したように、ポンプ１からパイプ
３、３ａを通って逆流弁ハウジング２まで、そしてパイ
プ３ｂを介してポンプ１まで戻るように一方向に循環す
る。

【００１７】すなわち、ポンプ１は逆流していない。逆
流弁ハウジング２の中の逆流弁９の角位置によって、染
色槽８の中のホルダー１１に装着された紡糸１０のスプ
ールを通る液流の方向が決まる。従って、図２に示した
ような一つの位置にある該弁９によって、逆流弁本体２
の接続部５に入る液は、中央垂直ダクト１２を通って上
向きにホルダー１１の中を内側から外側に通過して流
れ、即ち、紡糸１０のスプールの半径方向外側に、そし
て染色槽８の中に流れ下り多孔サポート１３を通過し、
逆流弁ハウジング２の周囲導管１４を通って流れ、逆流
弁ハウジングを離れてフランジ６を通ってパイプ３ｂに
流れ込み、ポンプ１の接続部７まで戻る。

【００１８】ハウジング２は、回転エルボに必要なもの
よりかなり小さい口径にすることもでき、一方、同時に
弁ハウジング本体内の液流の急な方向変換のない流れの
ために大きいエリアを備えることもできる。一端からフ
ランジ５を通ってユニットに入る液は、流れが上向きに
なり負荷（染色槽のパッケージ等）を通り、負荷を通っ
た後は下向きになり大きなスペース１４を経由して、フ
ランジ６を通って出てポンプ１の入力接続部７に戻る。

【００１９】前記した弁９が図２の位置まで１８０°回
転した場合、フランジ５を通してハウジング２の中に流
れ込む液は、弁９によって下向きに偏向し、スペース１
４を通って上向きに流れ、多孔サポート１３の外側を通
り、紡糸１０のスプールの半径方向内側をスピンドル１
１まで流れ、そこから下向きに中央ダクト１２の内部に
流れ、フランジ６を通って外側に流れる。２つの弁位置
によって、このように、完全に反対の流れを負荷に提供
する。

【００２０】弁９は円筒形であり、開口接続口の両側に
広い軸受を備えることができ、両方ともそれ自体がシー
ルとして作用し、弁９を支持することによって漏洩を減
少させ、さもなければ表面を擦り、その結果、従来の小
口径の軸ベアリングよりも一定の間隔で接触接続口から
Ｌ字型弁のように使用することで、より少ない間隙にす
ることができる。この結果、この循環システムの記述の
特別な管内（インライン）バルブによる可転性をなんら
失うことなしに大きな全体的な機械効率を得ることがで
きる。

【００２１】次いで、図３を参照すると、在来システム
を流れる抵抗はポンプ性能の最も有効に使用できる部分
を奪い、いかに良く設計されたシステムによって改良さ
れた性能を提供することができるにしても、システム内
のすべての圧力を低下させることになり、高圧渦巻きポ
ンプの必要性を排除することについても、理解できるで
あろう。ポンプケーシングが最少流れ抵抗を持ち、ポン
プインペラから直接染液の無修正（絞りのない）の流れ
を集めるのに十分な容量を持つコレクタリングであるよ
うにポンプを設計することによって、制御目的のために
するには理想的であるような出力曲線が実際の流量と密
接な関係にあることを保証することができる。図４から
わかるように、理想の出力曲線は、曲線の任意の位置で
ほとんど正確にさらに２馬力を追加すると５０ｍ³／ｈ
の流量の増大を提供することができる。

【００２２】正確な制御をするには、比較的急傾斜の曲
線を必要とする。一方、そのような急傾斜の曲線を持つ
ポンプでは、低水頭高流量範囲のものはなく、水平な曲
線は役に立たないので、曲線が実質的に水平であれば、
制御するための変化を指示する傾斜部分がないことにな
る。

【００２３】第２図に示したポンプでは、特に左側にお
いて低い位置でスタートするポンプは、例えば、両方と
も２２２０ｇｐｍと３８５０ｇｐｍの２つの異なる流量
で、１２０馬力の同じ馬力が消費されるような曲線は約
１６００ｇｐｍ以上の制御目的には使うことができな
い。

【００２４】この技術分野の専門家であれば、消費され
るモータ電流のレベルと消費された時間を検出し、その
結果、循環システム内の液の流量を算定するシステム、
および要求された液の流量が流れたとき流れを逆転する
ための制御装置を容易に設計できるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による染色槽ターンオーバ率の制御方法
を実施するための、外から内の位置への逆流弁を備えた
ポンプの断面透視図である。

【図２】内から外の位置への、および処理する紡糸用コ
ンテナを含む図１の弁を示す部分切欠き断面斜視図であ
る。

【図３】各種のポンプに対する染色槽内の圧力対流量の
プロット線図である。

【図４】本発明に従う方法を使用するのに適したポンプ
に対する出力対流量のプロット線図である。

【図５】第２図のものと同様のプロット線図であるが、
本発明に従う方法を使用するのに一般的に不適なポンプ
についてのものである。

【符号の説明】

１ 遠心渦巻きポンプ ８ 染色槽 ９ 逆流弁 １２ 中央垂直ダクト １４ 周囲導管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ツイ イギリス国 エム33 ２ディーダブリュ ー，セール−チェシャイアー，ウッドラ ンズ・ロード 16 (56)参考文献 特開 昭53−6687（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−121575（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−17106（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平５−503326（ＪＰ，Ａ) 米国特許4116626（ＵＳ，Ａ) 米国特許4170883（ＵＳ，Ａ) 米国特許4545086（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D06B 1/00 - 23/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 染色液を循環させるために電気モータに
   よって駆動される遠心渦巻きポンプ（１）から成るポン
   プ／モータセットを使用し、該ポンプ／モータセット
   が、モータ電流と液の流量の間に相関関係を有し、両方
   とも実質的に線形で大きく傾斜した特性を有しており、
   消費したモータ電流から液の流量を決定する形式の循環
   システム内の液の流量を制御する染色槽ターンオーバ率
   の制御方法において、 前記循環システムが、染色槽（８）と、該染色槽に接続
   された中央垂直ダクト（１２）と、該ダクトの外周を取
   り巻くように設けられたバイパスを形成する周囲導管
   （１４）とを有し、かつ、染色槽内の染色液の流れを逆
   転するために、前記中央垂直ダクト（１２）へ流入する
   染色液の流れを制限して該染色液の大半を前記周囲導管
   （１４）を介して流入させる該中央垂直ダクトに設けら
   れた逆流弁（９）を有し、 前記ポンプ（１）が、該ポンプのインペラから直接無抵
   抗状態で液体流量を得るためにコレクタリング付きのポ
   ンプケーシングに組み込まれており、 更に、前記逆流弁（９）のフロー制御目的のために行う
   角変位量が、モータ電流の読取値に応答して連続的に調
   整されることを特徴とする染色槽ターンオーバ率の制御
   方法。
2. 【請求項２】 前記逆流弁が、絞り型逆流弁であること
   を特徴とする請求項１に記載の染色槽ターンオーバ率の
   制御方法。