JP4338729B2 - 液流処理装置および繊維処理装置 - Google Patents
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このように構成することで、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができる。
また、前記ノズルヘッダーの前記先端開口部に対向して樋状プレート部材を配し、該樋状プレート部材の幅方向に開口したスリットと、前記先端開口部とが対向して配置されている。
このように構成することで、スリットから処理液をより均一に噴射することができる。
また、前記樋状プレート部材に、2本以上6本以下の前記スリットが形成されている。
このように構成することで、処理効率を向上させることができる。
このように構成することで、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができる。
このように構成することで、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができる。
このように構成することで、先端開口部からの液体噴射むらを低減させることができると共に、液体噴射ノズル内での処理液の流速を一定に保つことができる。
このように構成することで、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができる。
また、スリットから処理液をより均一に噴射することができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる効果がある。
また、処理効率を向上させることができるため、動力源であるポンプの容量を小さくすることができ、低い動力エネルギーで高い性能を実現することができる効果がある。
(第一実施形態)
次に、本発明に係るノズルヘッダーの第一実施形態を図1、図2に基づいて説明する。図1は、本発明の第一実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図である。
図1に示すように、液流処理装置に備えられるノズルヘッダー1は、一端が給液源に接続可能な開口部2が形成され、他端が閉塞された円筒状の主管3と、主管3の軸方向に所要の間隔をおいて、かつ主管3の軸線に直交して分岐された複数の液体噴射ノズル4とで構成されている。本実施形態においては、主管3及び液体噴射ノズル4は円筒形をなしている。したがって、液体噴射ノズル4の主管3に接する基端開口部5の断面積s1と、液体噴射ノズル4の先端開口部6の断面積s2とは、同じ面積となる。また、基端開口部5から先端開口部6にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。ここで、主管3の開口部2の内径をDとし、液体噴射ノズル4の内径をdとする。そして、面積s1を各液体噴射ノズル4の本数分足し合わせた値Σsと主管3の断面積Sとの比Σs/Sは3.0以下に設定されている。
例えば、液体噴射ノズル4が8本の場合、このΣs/Sを8.0に設定すると、主管3の液体導入側からその閉塞端側にかけて内圧が二次関数的に150%増加し、液体導入側の液体噴射ノズル4aから噴出される処理液体量と、閉塞端側の液体噴射ノズル4bから噴出される処理液体量とが異なり、繊維構造体に処理むらが発生する。
更に、Σs/Sを1.6以下にすると、液体導入側と閉塞端側との圧力差が更に小さくなり、均一な処理が行える点において更に好ましい。
一方、Σs/Sが0.2未満になると、液体噴射ノズル4に対して主管3の内径Dが相対的に大きくなりすぎて、所望の液体圧を得ようとすると動力源であるポンプ容量を大きくしなければならず、同時に主管3の設置空間の増大にもつながるので好ましくない。
また、液体噴射ノズル4が12本を越えると、液体導入側と閉塞端側との圧力差を小さくすることが困難になるため好ましくない。
内径dを120mm(Σs/Sは、2.9)にした以外は同じ条件で主管3の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、19%であった。
更に同様に、内径dが100mmの場合(Σs/Sは、2.0)は、9%の圧力差、また、内径dが90mmの場合(Σs/Sは、1.6)は、3%の圧力差であった。
図2に示すように、液体噴射ノズル4が断面スリット形状の直方体で形成されている以外は図1と同じ構成である。したがって、液体噴射ノズル4の主管3に接する基端開口部5の断面積s1と、液体噴射ノズル4の先端開口部6の断面積s2とは、同じ面積となる。また、基端開口部5から先端開口部6にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。
ここで、内径Dが200mmである主管3の長手方向に、隣接する繊維トウの間隔に応じたピッチで、基端開口部5が、6mm×160mmのスリット状である8本の液体噴射ノズル4を分岐させ、Σs/Sを、0.24とし、同様な条件で主管3の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、圧力差は0.15%であった。
なお、Σs/Sが0.2より小さいと、主管3の内径Dに対する液体噴射ノズル4の内径dが相対的に小さくなりすぎるため、液体噴射ノズル4として要求される最小径を考慮すると、主管3の内径Dが実質的に大きくなり、設置空間の増大を招くばかりか、処理液体の上記供給量や圧損によりエネルギーの使用量も著しく増えるため、処理コストの増大につながり好ましくない。
次に、本発明の第二実施形態を図3、図4に基づいて説明する。図3は、本発明の第二実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図である。
図3に示すように、本実施形態のノズルヘッダー11と第一実施形態との間で実質的に異なるところは、液体噴射ノズル14の形態にある。本実施形態による液体噴射ノズル14の形態は、主管13から分岐する基端開口部15は円形をしており、その先端開口部16は、スリット状の矩形である。そして、基端開口部15から先端開口部16までの間の任意の位置での断面積を同一面積s3として、基端開口部15から先端開口部16までを連続して偏平化している。
図4に示すように、液体噴射ノズル14の先端開口部16が図3のようにスリット状断面ではなく、矩形断面で形成されている以外は図3と同じ構成である。したがって、液体噴射ノズル14の主管13に接する基端開口部15の断面積と、液体噴射ノズル14の先端開口部16の断面積とは、同じ面積となる。また、基端開口部15から先端開口部16にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。
このように構成することで、一の液体噴射ノズル14で、後述する樋状プレートに形成された複数のスリットに直接液体を噴射することができる。
本実施形態において、液体噴射ノズル14から噴射される高速の処理液を、各繊維構造体の幅方向に均一に噴射するには、主管13が繊維進行方向に略直角方向に配置され、各液体噴射ノズル14の先端開口部16のスリット状または矩形断面の長辺方向が主管13の軸線に平行になるように設けられることが好ましい。
次に、本発明の第三実施形態を図5、図6に基づいて説明する。図5は、本発明の第三実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図であり、図6は、図5のA−A´線に沿う断面図である。
図5、図6に示すように、本実施形態のノズルヘッダー21は、第一主管23の内部に第二主管27が収納されており、主管の構造を二重構造としている。また、第二主管27は第一主管23と同一軸線上に配されている。第二主管27の一端には給液源に接続される開口部22が形成され、他端側は閉塞されている。更に、第二主管27の液体噴射ノズル24の基端開口部25が形成されている側とは反対側に、その軸線方向にわたって二列の小孔28が並列して複数形成されている。そして、第一主管23と第二主管27との液体導入側端部は開口部22を除いて閉塞されている。
また、第二主管27に形成された小孔28の開孔面積の和と第二主管27の断面積との比が0.2から3.0の範囲で任意に開けることができる。
図7に示すように、ノズルヘッダー21は第一主管23の内部に第二主管27を収納した二重管構造となっている。ただし、上述の実施形態とは異なり、第二主管27の全周面に亘って複数の小孔28が形成されている。この変形例においても、各液体噴射ノズル24への流入圧力が液体導入側と閉塞端側との間で均整化され、各液体噴射ノズル24に対応して走行する繊維構造体に対して均一な処理ができる。
次に、本発明の第四実施形態を図8に基づいて説明する。図8は、本発明の第四実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの断面図である。
図8に示すように、本実施形態のノズルヘッダー31は、主管33の内部空間に複数の小孔38が形成された仕切板37が設けられ、主管33の内部が仕切板37により液体噴射ノズル34を有する側と、有しない側とに分割されている。ノズルヘッダー31への液体の供給は、仕切板37の液体噴射ノズル34が位置している側とは反対側の一端からなされるように開口部32が形成されている。開口部32に対応する他端は閉塞されている。本実施形態において、小孔38の開孔面積の和と開口部32の断面積との比が、0.2から3.0の範囲で任意に開けられている。
次に、本発明の液流処理装置の実施形態を図9に基づいて説明する。図9は、本発明の実施形態における液流処理装置の部分斜視図である。本実施形態においては、図5、図6に示す実施形態のノズルヘッダー21を採用した場合で説明する。なお、上記実施形態と同様の構成箇所には、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図9に示すように、ノズルヘッダー21の上部には、液体噴射ノズル24の先端開口部26に対峙させた位置にスリット42が形成された樋状プレート部材41が配されている。液流処理装置51は、上述のノズルヘッダー21と樋状プレート部材41とで構成されている。
プレート部本体43の繊維構造体の流れ方向に対して直交する方向の寸法、すなわち左右壁部44間の距離は、処理をする繊維構造体の幅寸法に略同等の寸法が確保されている。
図10に示すように、樋状プレート部材41の長手方向の中央線Lに対して所要の距離をおいた位置に、中央線Lに平行な2本以上6本以下のスリット42がプレート部本体43の表裏面を貫通して形成されている。これらのスリット42の本数は、任意に設定できる。本実施形態では、5本のスリット42が形成されている。
さらに、隣接するスリット42同士の間隔が60mmである6本のスリット42が形成された樋状プレート部材41を使用した場合は、スリット42が1本形成された樋状プレート部材41を使用した場合に対して、その処理効果を40%程度向上させることができ、液流処理装置51の1個当たりの繊維処理効率を著しく向上させることが可能である。
図11に示すように、この液流処理装置61は、繊維構造体である複数の繊維トウをそれぞれ収容できるように、複数の樋部62が列設されたプレート部本体63と、プレート部本体63の裏面中央部に配されるノズルヘッダー21とを備えている。液流処理装置61のプレート部本体63は天板64及び図示せぬ底板と四方を囲む側壁とを有する矩形箱体からなり、その天板64の上面を底面とする樋部62の側壁を構成する複数枚の縦壁65が、それぞれ一本の繊維トウの幅間隔をおいて立設されている。更に樋部62の全体を、図示せぬ断熱カバーにより密閉状に覆っている。
即ち、図11における樋部62は図9、10における樋状プレート部材41に相当し、プレート部本体63は樋状プレート部材41が複数一体化されたものである。
図12は、上述の液流処理装置51,61が適用された各種の繊維処理装置200の代表的な実施形態である湿式紡糸によるアクリル系繊維の紡糸・洗浄延伸・乾燥の各工程を概略的に示している。なお、本実施形態はアクリル系繊維に限らず、例えばセルロース系繊維やビニール系繊維、或いは炭素繊維前駆体としてのアクリル繊維にも適用が可能である。
紡浴工程70では、例えばポリアクリロニトリルをジメチルアセトセアドの溶剤に溶解した紡糸原液を、紡糸ノズルを通して溶剤−水系の凝固浴中に押出し、アクリル繊維からなる多数の長繊維状に凝固させる。この凝固した繊維トウは次工程である洗浄・延伸工程120に導入される。本実施形態における洗浄・延伸工程120には、その前後に図示せぬ延伸ロールを備えており、繊維トウは前後の延伸ロールの間で所要の延伸がなされる。
この油剤付与工程100にあっても、液流処理装置61を使用する。このとき、液流処理装置61から高速噴射される油剤は、繊維トウを貫通して水分と油剤とを効率的に置換し、繊維トウの構成繊維に均一に付与することができる。油剤が付与された後、乾燥工程110にて乾燥され、次工程以降の後処理工程へと回される。
Claims (6)
- 一端に給液源との接続部を有し、他端が閉塞された内径が一律の主管と、該主管の軸線に対して略直角、同一方向に先端開口部が位置する液体噴射ノズルと、を有するノズルヘッダーを備えた液流処理装置において、
前記ノズルヘッダーの前記液体噴射ノズル毎の最小断面積の和Σsと、前記主管の断面積Sとの比Σs/Sが3.0以下であり、
前記ノズルヘッダーの前記先端開口部に対向して樋状プレート部材を配し、
該樋状プレート部材の幅方向に開口したスリットと、前記先端開口部とが対向して配置され、
前記樋状プレート部材に、2本以上6本以下の前記スリットが形成され、
隣接するスリット同士の間隔が、5mm以上350mm以下であることを特徴とする液流処理装置。 - 前記主管の内部に、一端が給液源との接続部を有し、かつ他端が閉塞された第2主管が挿入され、該第2主管には軸線方向に複数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液流処理装置。
- 前記主管の内部に、前記主管の軸方向に平行で、かつ複数の小孔が形成された仕切板が設けられており、
給液源が、前記液体噴射ノズルが位置されている側とは反対側の前記主管と前記仕切板とで形成される領域側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液流処理装置。 - 前記液体噴射ノズルは、前記先端開口部がスリット状または矩形断面を有し、前記基端開口部から前記先端開口部にかけて偏平化されており、前記基端開口部から前記先端開口部にかけた任意の位置での開口断面の面積が同一であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液流処理装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の液流処理装置を備えたことを特徴とする繊維処理装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の液流処理装置を用いて、液体噴射ノズルにおける処理液吐出線速度の平均値を0.1〜3.0m/秒として繊維を処理する方法。
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