JP4362723B2 - 高圧下で複数の基材、特に繊維基材をピース式すなわちバッチ式に処理する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に係る処理媒体を用いて高圧下において、複数の基材、例えば繊維基材をピース式すなわちバッチ式に処理する装置に関する。

このような装置は、例えばＥＰ出願公開第１，１５２，０８１Ａ１号公報により知られ、当該公報は、繊維基材を染色するための装置を開示している。装置は、染料容器を備え、その中に、各サイクルの最初に繊維基材を配置可能である。この目的のために、染料容器には、カバー部材により閉鎖される給送孔が設けられている。染料容器は、メインパイプシステムの一部分を構成し、当該システムでは、染料を含んだ流体が、高圧下で循環させられる。染色操作中にかけられる圧力は、少なくとも、所望の処理温度において、流体が超臨界または臨界状態に近くなる程度高い。通常、圧力は、５×１０⁶ から５×１０^７パスカル（５０から５００バール）の範囲である。

この既知の装置の場合の欠点は、高い作動圧に耐え得るように、染料容器を重量のある構造にせざるを得ないことである。これによって、装置の製造が高価になる。各処理サイクルの後にカバー部材を開き、再び閉じることができるようにする必要がある。高い作動圧で密閉する方法で、カバー部材を所定位置に維持し得るように、大きなボルトおよびナットなどの非常に重い閉鎖手段が必要である。カバー部材それ自体もまた、壁が非常に厚く重量のある構造にしなければならない。蓋は、この場合、一般に、圧力容器のフランジに、軸方向の密閉リングを用いて、もたせかけられている。軸方向の密閉を確実なものにし得るように、保持手段を高張力下に置く必要がある。処理サイクルが完了した後、再度閉鎖手段を取り外すことから、これは、通常、時間を浪費し、困難な作業である。

本発明の目的は、少なくとも部分的に上述の欠点を克服するか、または利用可能な代案を提供することである。特に、本発明の目的は、製造が安価で、比較的低重量であることを特徴とする上述のタイプの処理装置を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の装置によって本発明により達成される。この場合、円周を締め付ける締付フレームに、２つの末端部が、相互に間隔をおいて配置され相互に接続される。締付フレームおよび圧力容器は、相互に滑り込ませることができ、その場合、圧力容器の端面は、締付フレームの２つの末端部によって軸方向に保持される。蓋によって閉鎖可能な給送開口部が、圧力容器の２つの端面の少なくとも一方に設けられるために、蓋は、軸方向に締付フレームにより直接保持されることが好ましい。蓋に作用する軸方向の圧力による力は、締付フレームにより散らされ、したがって、圧力容器の円筒壁には作用しないことが好ましい。したがって、円筒壁は、それに作用する半径方向の圧力による力に耐えるようにだけすればよい。軸方向および半径方向の力をこのように分けた結果、圧力容器の壁の設計は、より単純になる。例えば、複合材料からなる容器の壁の場合には、接線方向の円筒壁巻線のみが必要であるために、圧力容器の端面にあるまたは軸方向の構成要素を備えたガラス巻線または炭素繊維巻線は省くことができる。複合材料からなる壁を有する容器は、容器に、熱分離が良好で、熱慣性が低いという利点を有し、それによって、サイクル時間が短縮され、操縦および調節が改良され、処理プロセスが省エネルギー化される。

処理サイクル中に、蓋と圧力容器との密閉を非常に確実に続けることができる。処理サイクル中に、締付フレームは、実質的に軸方向にのみ、引っ張り応力下に置かれる。したがって、全ての側部が閉じられた締付フレームは、比較的軽量の構造であり、例えば、曲げられる軽量繊維を含み得ることが好ましい。蓋を外側表面の大部分において支持することが可能であるため、蓋は、比較的軽量の設計にすることもできる。処理サイクルの始めと終わりとにおいて、相互に、圧力容器と締付フレームとを滑らせて出し入れすることは、単純な操作であり、それは、容易に自動化することができる。本発明に係る装置は、先行技術に係る場合よりもさらに相当安価に製造可能であることが分かった。例えば、圧力容器、蓋および締付フレームのアセンブリのコストは、先行技術に係る圧力容器、蓋および保持手段のアセンブリのコストよりも２倍から３倍低くすることができる。重量も、相当軽減することができる。

本装置は、処理媒体で、高圧下において複数の基材をピース式に処理することを目的とする。本発明の文脈において処理することは、とりわけ、基材を染色、洗浄、汚れ落とし、脱脂、またはそれ以外の処理または余熱する意味と理解すべきである。処理媒体は、超臨界または臨界近くの流体、例えば固体の染料粒子または汚れ落とし粒子を含む、例えば二酸化炭素によりなることが好ましい。

特定の実施形態では、蓋は、円筒形の壁部を含み、それが、圧力容器の円周壁に配置されることになる。少なくとも１つの密閉リングが、この円筒形の壁部と圧力容器の内側円周壁との間に設けられる。密閉リングは、この場合、圧力容器に対して軸方向に蓋を滑動させ得るように設計されている。これは、締付フレームが軸方向にいくらか延びることが、圧力容器の内側円周壁に対して対応の軸方向に蓋が動くことによって、補償され得ることを意味することが好ましい。

さらに、本発明の好ましい実施形態をサブクレームに記載する。

本発明は、さらに、請求項１３から１５に係る処理媒体、および請求項１６に係る装置を使用して高圧下で、複数の基材、例えば繊維基材をピース式すなわちバッチ式に処理するための方法に関する。

本発明を、添付の図面に関してさらに詳細に説明する。

図１から図５において、圧力容器の全体を１で示す。圧力容器１は、円筒形の設計で、両端面に蓋２、３により閉鎖可能な給送開口部４を備える。圧力容器１は、２つのスタンド５に載っている。圧力容器１内には、処理チャンバがあり、その内部に、処理サイクルの最初に、１つまたはそれ以上の繊維基材を配置する。

圧力容器１内へ通じるパイプシステム７が提供される。パイプシステム７は、高圧下で、処理媒体、特に超臨界のまたは臨界に近い流体を給送し排出するための給送手段への接続を行うことを目的としている。

処理中に圧力容器１内の高圧を維持し得るように、相互に間隔をおいて配置され相互に接続された２つの末端部１１、１２を備える締付フレーム１０が、設けられる。締付フレーム１０で、圧力容器１の全周を締め付け、その上に締付フレーム１０を押しかぶせることができる。これが、図１および図３に示した締付位置であり、その位置では、圧力容器１の端面上の２つの蓋２、３が、締付フレーム１０により、特に末端部１１、１２により、軸方向に保持される。このように、蓋２、３に作用する軸方向の圧力による力は、圧力容器１の円筒形の壁から締付フレームに散らされ、互いに打ち消し合う。

処理サイクルの開始または終了時に、締付フレーム１０を、単にスタンド５上方を下へ滑動させることができ、その結果、蓋２および／または３を開くことができる（図２を参照）。

図４および図５においてはっきり分かるように、蓋３は、円筒形の壁部１５を含み、それは、締付位置において、圧力容器１の内側円周壁１６に沿って軸方向に延びる。円筒形の壁部１５には、円周溝が設けられ、その溝内に、密閉リング１７が、収容される。密閉リング１７を有する円筒形の壁部１５は、プロセスにおいて漏れが生じることなく、内側円周壁１６に沿って圧力容器１の軸方向に若干滑動可能である。この軸方向に動く機構によって、処理サイクル中に生じる場合がある締付フレームの軸方向の延びを吸収することができる。締付フレームの延びは、圧力容器内の高圧の影響下で、蓋が、締付フレームの末端部に非常に強力に押し付けられることにより生じる。延びおよび蓋２、３の軸方向の動きは、この場合、部分的には、圧力容器１および締付フレーム１０の長さによりそれぞれ変化する。蓋２、３が軸方向に自由に動くことによって、圧力容器１の円筒形の壁は、アキシアル荷重を受けずにいられる。

蓋２、３には、把持部が設けられ、それは、例えば、圧力容器１の外側を延びるフランジ１９によって形成される。把持部は、締付フレーム１０を滑動させた場合に、圧力容器１から軸方向に円筒形の壁部１５を取り外すことを可能にすることを目的とする。

ここに示した実施形態では、締付フレーム１０は、２つのアーチ形部２０、２１と２つの直線状部２２、２３とからなる。これは、締付フレーム１０における曲げモーメントが妨げられ、その結果、重量を少なくし得ることを意味する。実質的に半円筒形の２つの保持部２５、２６であって、アーチ形部２０、２１にそれぞれ連結可能であり、かつ締付位置において蓋２、３を支持可能である保持部２５、２６が提供されるとさらに好ましい。

半円筒形の保持部２５、２６は、ここでは、アルミニウムまたは鋼鉄プレートを相互に間隔をおいて配置することにより形成される。これによって、十分な強さを得られ、重量が軽くなることが分かっている。変形において、保持部は、中実の設計にしかつ／または別の材料から作製可能である。複合プレートを使用することも可能であって、この複合プレートは、直接相互に接着されるか、またはフォームシートを間に用いて相互に連結される。

パイプシステム７は、蓋３へ通じている。給送パイプは、ここでは、排出管により囲まれている。圧力容器１上の締付フレーム１０が滑動し得るように、スロット形開口部３０が、フレーム１０内に、特に対応の保持部２６内に設けられる。

締付位置の蓋２、３は、締付フレーム１０に接するそれらの外面の大部分において支持されている。これは、蓋２、３を、比較的薄い壁で囲まれた設計にすることができるか、あるいは比較的弱い材料から作製可能であることが好ましいことを意味する。蓋の厚さを、この場合は、例えば、支持されていない蓋の幅と等しくすることができる。蓋の円筒形の壁部１５は、例えば部分的に中空の設計である。蓋は、例えばステンレス鋼または複合材料から作製可能である。

締付フレーム１０は、例えば、スチール、例えばスチールプレートまたは曲げられるスチールストリップから作製可能である。複合材料、特に繊維強化材料からなる締付フレーム１０を作製することによって、さらに重量を軽減することができる。さらに詳細には、締付フレーム１０は、曲げられる繊維強化材料、例えば、曲げられるガラス繊維または炭素繊維で強化されたプラスチックからなる。繊維は、この場合、実質的に締付フレーム１０の円周方向に延びる。

圧力容器１の円筒形の円周壁は、内部を、材料、例えば使用される処理媒体の影響を受けにくいステンレス鋼の層で覆われた複合材料から作製されることが好ましい。複合物は、この場合、特に一円周方向に巻かれた繊維を含んでいる。

染料粒子を含む高圧の流体で複数の繊維基材を染めるために、本装置を使用することが好ましい。この場合、パイプシステム７は、染料粒子を含むこの流体を給送する給送手段に接続される。流体は、この場合、超臨界または臨界状態に近づけられることが好ましく、その状態で、染料粒子を溶解させる。使用する超臨界または臨界に近い流体は、とりわけＣＯ_２、Ｎ_２Ｏ、低分子のアルカンおよび上記のものの混合物にしてもよい。低分子アルカンの例は、エタンおよびプロパンである。本発明に係る染色プロセスの染色条件は、染める織編物と使用する染料とに基づいて選択する。一般に、温度は、２０から２２０°Ｃ、好ましくは９０から１５０°Ｃの範囲である。染色操作中にかける圧力は、少なくとも、流体が通常の温度で超臨界または臨界状態近くになるように高くする必要がある。圧力は、通常、５×１０^６から５×１０^７パスカル（５０から５００バール）、さらに詳細には、２×１０^７パスカルと３×１０^７パスカルとの間（２００バールと３００バールとの間）である。加熱装置として、熱交換器をパイプシステム７に収容可能である。

ここに示した装置を用いて基材を処理する方法を、例えば以下の通り示す。

複数の繊維基材を、給送開口部４から圧力容器１内に配置する。その後蓋２および３をはめ、圧力容器１と締付フレーム１０とを相互に滑り込ませる。蓋２、３は、ここで、軸方向に保持され、圧力容器１は、パイプシステム７を通して、所定のサイクル時間の間、例えば、数時間の間、高圧下で処理媒体を給送することにより、高圧下に置かれ保持される。サイクル時間が終了すると、締付フレーム１０を下げ、蓋２または３を取り外し、その後、処理された製品を圧力容器１から取り出すことができる。

ここに示した実施形態とは別に、多くの変形が可能である。例えば、圧力容器および締付フレームは、垂直または水平方向に設置可能である。締付フレームを動かす代わりに、圧力容器をそれから取り外してもよい。相対的な動きの方向は、水平または垂直方向にすることができる。パイプシステムの給送および排出管も、蓋に別々に接続することができるか、または別のポイントで圧力容器内へ通じさせることができる。締付フレームおよび／または蓋は、異なる形状にすることができ、その場合には、例えば、前記表面同士を相互に滑らせにくくならない限り、表面で相互に支持し合う側面形状にすることができる。

複数の繊維基材を染める応用に加えて、本装置は、他の種類の基材を処理する、または別の方法で基材を処理する、例えば基材を洗浄するために、使用可能であることが好ましい。本発明の装置および方法で適切に処理可能な物品の例には、綿、羊毛、絹、皮革、レーヨン、ポリエステル、アセテート、ガラス繊維、毛皮などの材料から作製される織物または不織物などの織編物がある。これらの織物は、衣類、作業手袋、ラグ、皮革製品（例えば、ハンドバックとブリーフケース）などのアイテムにすることができる。本装置および方法を利用して、半導体、超小型電気機械デバイス、オプトエレクトロニクス、ファイバーオプティクス、機械加工または製造された金属部分などの不織物を処理、特に洗浄、汚れ落とし、脱脂を行うことができる。さらに、食材および汚染された土壌を、本発明に係る装置および方法で処理することができる。

したがって、本発明によれば、ユーザーフレンドリで、効率的に作動する装置が、提供され、当該装置は、軽量構成にすることができ、特に、非常に高い圧力の下において複数の繊維基材の処理中に密閉する効果については非常に信頼できることが分かった。

締付フレーム１０を締付位置に置いた、本発明に係る装置の一実施形態の概要斜視図である。 締付フレーム１０を下げた、図１に係る図である。 図１の斜視図におけるさらに詳細な図である。 図３における右端面の縦断面図である。 図４のパイプシステムが通じている蓋の拡大図である。

Claims (16)

1. 高圧下において処理媒体で複数の基材をピース式すなわちバッチ式に処理する装置であって、
   前記複数の基材を前記圧力容器（１）内に配置するための閉鎖可能な給送開口部（４）が設けられた、実質的に円筒形の圧力容器（１）と、
   処理中に高圧下で前記圧力容器（１）内へ前記処理媒体を給送し、そこから排出するパイプシステム（７）と、
   を備え、
   前記円筒形の圧力容器には、２つの端面の少なくとも一方に、蓋（２、３）により閉鎖可能であり前記給送開口部（４）を形成する開口部が設けられること、
   前記装置が、処理中に密閉方式で前記蓋（２、３）を所定位置に保持する保持手段を備えること、および
   前記保持手段は、２つの端部（１１、１２）を相互に間隔をおいて配置し相互に接続して、周囲を締め付ける締付フレーム（１０）を備え、締付位置の当該端部は、前記圧力容器（１）上を滑動させられ、それにより前記圧力容器（１）の端面を軸方向に保持可能であること、
   を特徴とする処理装置。
2. 前記蓋（２、３）は、前記給送開口部（４）を閉鎖する位置において、前記圧力容器（１）の内側円周壁（１６）に沿って軸方向に延びる円筒形の壁部（１５）を備え、
   少なくとも１つの密閉リング（１７）が、前記円筒形の壁部（１５）と前記圧力容器（１）の内側円周壁（１６）との間に設けられ、
   前記密閉リング（１７）は、前記蓋（２、３）が前記圧力容器（１）の内側円周壁（１６）に対して軸方向へ滑動することを可能にする請求項１に記載の装置。
3. 前記蓋（２、３）に、把持部が設けられ、当該把持部は、前記圧力容器（１）から軸方向に前記円筒形の壁部（１５）を取り外すことを目的とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記締付フレーム（１０）は、２つの直線状部と２つのアーチ状部とを備える請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記締付位置において、前記締付フレーム（１０）のアーチ状部と、前記圧力容器（１）の端面との間にくる、実質的に半円筒形の２つの保持部が設けられる請求項４に記載の装置。
6. 前記パイプシステム（７）は、前記蓋（２、３）に通じている請求項１から５のいずれかに記載の装置。
7. スロット形開口部（３０）が、前記締付フレーム（１０）に設けられ、当該スロット形開口部（３０）は、前記蓋（２、３）へ通じる前記パイプシステム（７）部分を前記開口部内に滑動式に収容する請求項６に記載の装置。
8. 前記圧力容器（１）の２つの端面には、蓋（２、３）により閉鎖可能な給送開口部（４）が設けられている請求項１から７のいずれかに記載の装置。
9. 前記締付フレーム（１０）は、複合材料、特に繊維強化材料からなる請求項１から８のいずれかに記載の装置。
10. 前記締付フレーム（１０）は、曲げられる繊維強化材料、特に曲げられるガラス繊維強化プラスチックからなる請求項９に記載の装置。
11. 前記パイプシステム（７）は、超臨界または臨界に近い流体を給送する給送手段に接続している請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
12. 複数の繊維基材をピース式すなわちバッチ式に処理する請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の装置で、高圧下処理媒体で複数の基材をピース式すなわちバッチ式に処理する方法であって、
    前記圧力容器（１）内に、１つまたはそれ以上の前記基材を配置するステップと、
    前記蓋（２、３）をかぶせることにより前記給送開口部を閉鎖するステップと、
    前記圧力容器および締付フレーム（１０）を相互に滑動させるステップと、
    所望のサイクル時間の間、高圧で前記処理媒体を前記圧力容器（１）へ給送するステップと、
    前記サイクル時間の終了後に、前記圧力容器および締付フレーム（１０）を相互に滑動させ、前記蓋（２、３）を開くステップと、
    前記圧力容器（１）から処理された基材を取り出すステップと、
    を含む処理方法。
14. １つまたはそれ以上の繊維基材を前記圧力容器（１）内に配置するステップを含む請求項１３に記載の、前記繊維基材をピース式すなわちバッチ式に処理する方法。
15. 前記処理媒体は、特に臨界に近いまたは超臨界状態の、ＣＯ_２、Ｎ_２Ｏ、エタンおよびプロパンなどの低分子のアルカン、およびそれらの混合物を含む請求項１３または１４に記載の方法。
16. 複数の繊維基材をピース式すなわちバッチ式に処理する、請求項１から１２のいずれかに記載の装置の使用法。

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