JP6807086B2 - 超臨界流体の無水染色用万能試作機 - Google Patents

Description

本発明は、圧力容器及び織物染色・仕上げ装置製造の技術分野に属し、特に、超臨界流体の無水染色用万能試作機に関する。

織物の捺染加工生産には、試作が不可欠な重要な役割を有し、特に織物の色加工生産にとっては、生産加工のベース組成を得るための前提条件である。したがって、効率的で信頼性が高く、適切な試作装置システムの開発は、生産に必要なベース組成を迅速かつ正確に得るために非常に重要である。

しかし、近年、生態環境保護の基準及び要求が高まり、環境保護政策の施行が増加するにつれて、伝統的な織物の捺染加工生産は、今までにない挑戦や困難に遭遇した。そこで、超臨界ＣＯ_２などの流体を加工媒体とする無水染色・仕上げの加工技術を研究開発することにより、伝統的な捺染加工によって引き起こされる生態環境保護などの問題を根本から完全に排除することができ、伝統的な織物の捺染工業の持続可能な発展、及び生態環境保護のために、経済的、環境的及び社会的に非常に重要である。したがって、超臨界流体の無水染色試作装置システムの研究開発は、超臨界流体無水染色・仕上げ技術の普及、適用及び工業化にとって非常に重要である。

現在、織物用の超臨界ＣＯ_２無水染色技術は、著しい進歩を遂げている。国内外の関係部門では、織物の試作品の染色や加工に使用できる装置システムが開発されている。その中で、縦型ビームや横型ビーム、及び二軸を用いるかせ染めやロープ染めなどが多数ある。

例えば、特許文献１（「超臨界流体を用いて連続染色を行う生産システム及びその生産方法」）には、互いに接続された超臨界流体供給装置、染色循環装置及び超臨界流体回収装置を含む一体化染色釜及びシステムが記載されている。染色循環装置は、少なくとも２つの一体化染料染色釜を含む。一体化染料染色釜は、染料を同じ釜に溶解させるとともに、超臨界流体の圧力が１０〜４５ＭＰａ、温度が１００〜１８０℃の条件で織物の染色加工を完成することができる。特許文献２（「超臨界流体を用いて織物基材を処理するための方法及び装置」）には、ボビン又はエンドレスファブリックとなる織物を染色するための縦型ビーム高圧染色釜及びシステムが記載されている。加工温度及び時間を制御することで、一定圧力である例えば２８０バール及び高い加工温度の条件で染色を行うことが可能である。

本出願人による特許文献３（「織物の超臨界流体処理装置」）には、ガス貯蔵ボトル、気流吹き出し口、加圧ポンプ、プレヒータ、高圧染色釜、熱交換器、分離器、染料溶解釜、双方向循環ポンプ、及び制御弁から構成され、一定のシステム圧力及び温度条件下で織物の均一な染色などの処理を達成することが可能な流体循環システムを備える水平ワープビームモード多機能処理装置が開示されている。また、本出願人による特許文献４（「超臨界二酸化炭素流体を用いて繊維を染色する装置及び方法」）には、内層と外層とからなる特殊なシームレスワープビームを採用し、筒状網状のシームレス織布を外装織物の最外層にスリーブ加工し、超臨界二酸化炭素流体圧力が１０ＭＰａ〜３０ＭＰａ、温度が９０℃〜１４０℃の条件下で、流体循環及び流体静的染色法を用いて、超臨界二酸化炭素流体中において後染め織物を均一に染色することが公開されている。本出願人による特許文献５（「超臨界二酸化炭素流体を媒体とした織物のロープ状染色機及び染色方法」）には、染色タンク内に布持ち上げホイールシステムを配置して、布ガイドロープの牽引作用によりロープ状織物を連動して順次に循環動作させるとともに、染色流体の循環流量、織物の循環速度、染色温度及び圧力などのプロセスパラメータを合理的に制御することで、超臨界二酸化炭素流体媒体中のロープ状織物の後染め染色を実現することが公開されている。また、本出願人による特許文献６（「超臨界染色機」）には、染色循環システム、布供給システム、及び分離回収システムから構成され、弛緩型無張力状態で織物の無水染色加工を実現可能な織物ロープ状後染め染色機が公開されている。

中国特許出願公開第１０１０２４９２２号明細書 中国特許出願公開第１２００１５３号明細書 中国特許出願公開第２６８８７３５号明細書 中国特許出願公開第１０１８２４７１６号明細書 中国特許出願公開第１０２７４７５６６号明細書 中国特許出願公開第１０１７６０９１４号明細書

したがって、上記公開された特許文献及び実際的な応用から、既存の超臨界流体染色などの加工装置システム、特に試作装置は、通常、システム内に固定的な染色又は試作加工ユニット、及び増圧・分離回収装置又はシステムが配置される。しかしながら、このような加工システムの最大の欠点は、一度に１つのサンプルの染色などの試作加工しか行うことができないことである。また、次の試作テストを行うためには、試作した後に試作加工ユニットを洗浄する必要がある。特に、色換え試作を行う必要がある場合には、システムの徹底的な洗浄が必要である。また、既存の装置システム又はその試作加工ユニットは、洗浄プロセスが面倒であり、洗浄が容易ではない。したがって、これらの既存の超臨界流体染色及び試作システムは、効率が非常に低く、少量試作のための商業生産の要求を満たすものではない。同時に、染色、増圧、分離回収などの装置システムの利用率も非常に低い。そのため、超臨界流体無水染色技術の普及、適用及び工業化が著しく影響されて制限されることになる。

本発明は、背景技術の欠点を克服するために、複数のサンプルの超臨界流体無水染色の試作を同時に実現でき、高染色試作効率、簡単操作、高精度、安定した信頼性、広い適応性、生態環境保護などの利点を有する超臨界流体の無水染色用万能試作機を提供することを目的とする。

試作機ケースを含む超臨界流体の無水染色用万能試作機であって、前記試作機ケースの内部に垂直に設けられ、同軸心上に前後に配置された回転フレームと、断熱盤と、前記回転フレームと同軸心に固定接続された回転駆動軸とをさらに含み、
前記回転フレームと前記断熱盤との間には、前記回転フレームと前記断熱盤と同軸心の円周面に径方向に沿って配置された複数の赤外線加熱管が設けられ、前記断熱盤には、前記赤外線加熱管に近い側の外表面に赤外線反射膜又はメッキ層で覆われ、前記回転フレームには、前記回転フレーム及び前記断熱盤と同軸心の円周面に径方向に沿って複数の染色カップが設けられ、前記赤外線加熱管及び前記染色カップは、いずれも前記断熱盤の縦断線に対してある基本角度の倍数で配置され、
前記試作機ケースは、その前部に断熱密閉扉が設けられ、その左右両側に気孔が設けられ、前記断熱密閉扉の内側面には、筒状断熱密閉用止め輪が設けられ、前記回転フレームの外径が前記筒状断熱密閉用止め輪の内径よりも小さく、前記筒状断熱密閉用止め輪の外径が前記断熱盤の外径よりも小さく、前記断熱密閉扉が閉じているときには、前記筒状断熱密閉用止め輪と前記断熱盤とが加熱保温キャビティを構成し、前記回転フレームが前記加熱保温キャビティ内に配置される。

前記超臨界流体の無水染色用万能試作機は、前記断熱盤の下方のエッジに設けられた空冷ユニットをさらに含み、前記空冷ユニットの吹出口は、前記回転フレームに向け、その角度が前記回転フレームの水平軸線に対して０°〜９０°の範囲で変化することが好ましい。

前記回転フレームは、同心であって経方向に沿って配置された複数の固定軸と、当該固定軸の中心から離れた端部に設けられた円周環とを備え、各前記固定軸には、前記染色カップの上下端を固定するための２つの固定クリップが設けられることが好ましい。

前記筒状断熱密閉用止め輪の上端面には、前記断熱密閉扉の左側位置に監視孔が設けられ、前記監視孔の上方には、可動密閉透明カバーが設けられることが好ましい。

前記断熱密閉扉の左上隅には、観察窓が設けられることが好ましい。

前記試作機ケースは、前記断熱密閉扉が設けられる前記前部の形状が矩形のケースであり、その頂部に電気制御ボタンと、パラメータ設定表示窓とが設けられ、前記電気制御ボタンは、主電源スイッチと、回転フレーム緊急起動／停止ボタンと、速度制御及び正方向／逆方向動作調整緊急ボタンと、強制空冷ユニット緊急スイッチと、赤外線加熱管電源と、パワー選択緊急スイッチとを含むことが好ましい。

前記基本角度は、０°〜３６０°の範囲内の任意の角度であることが好ましい。

前記筒状断熱密閉用止め輪は、内支持断熱材料層と、その表面に設けられた赤外線反射膜又はメッキ層とを備えることが好ましい。

赤外線反射膜又はメッキ層は、アルミニウム、銀反射膜及びそのメッキ層からなる群から選択されることが好ましい。

前記染色カップは、種類の異なる形式、異なる形状や異なる容量を有し、可搬型の織物染色、前処理又は仕上げ処理を処理する高圧用又は中低圧用の容器であることが好ましい。

本発明は、以下の有利な効果を有する。

（１）既存の技術と比較して、複数の可搬型の超臨界流体染色カップ又は試作ユニットを集中的に昇温させて試作を行う方法を採用することで、複数のサンプルに対して超臨界流体の無水染色を同時に試作することを効果的に実現することができる。これにより、洗浄プロセスが面倒であり、洗浄が容易ではなく、利用率が低い既存の装置システム又はその方法の欠点を克服することができる。また、超臨界流体染色カップを集中的に昇温させて試作を行うことにより、既存や伝統的装置が試作処理中に昇温などによるプロセス条件の差異に起因する染料染色の違いを低減や回避することができるとともに、カップの違いを効果的に低減や減少し、試作品の再現性と精度を向上させることができる。

（２）また、本発明の万能試作機は、容量、仕様、形式や形状が異なる種々の可搬型の染色カップに適用することができ、幅広い適応性を有し、その染色試作作業は、簡単で信頼性が高い。したがって、本発明の技術は、超臨界流体の無水染色の試作効率及びその染色試作品の精度及び良品率を著しく改善し、超臨界流体の無水染色技術の普及や工業化を推し進めし、織物の捺染工業による汚染物質の発生及び排出を根本から解決することを促進し、織物の捺染工業の省エネルギー、排出削減及び清浄な生産を達成するには、非常に広い適用可能性を有する。

本発明に係る超臨界流体の無水染色用万能試作機の構造を示す概略図である。 本発明に係る超臨界流体の無水染色用万能試作機の内部構造を示す正面図である。 本発明に係る超臨界流体の無水染色用万能試作機の回転フレーム、断熱盤、及び赤外線加熱管を示す縦断面概略図である。 本発明に係る超臨界流体の無水染色用万能試作機の断熱密閉扉及び筒状断熱密閉用止め輪を示す縦断面概略図である。 本発明に係る超臨界流体の無水染色用万能試作機の回転フレーム、断熱盤、赤外線加熱管、断熱密閉扉、及び筒状断熱密閉用止め輪を示す縦断面概略図である。 本発明に係る超臨界流体の無水染色用万能試作機の断熱密閉扉及び筒状断熱密閉用止め輪を示す平面図である。

本発明の詳細な説明について、図面を参照して以下に説明する。

（実施例）
図１〜図６を参照すると、超臨界流体の無水染色用万能試作機は、試作機ケース１と、試作機ケース１の内部に垂直に設けられ、同軸心上に前後に配置された回転フレームと、断熱盤３と、回転フレーム２と同軸心に固定接続された回転駆動軸９とを含む。回転フレーム２と断熱盤３との間には、回転フレーム２と断熱盤３と同軸心の円周面に径方向に沿って配置された複数の赤外線加熱管４が設けられる。断熱盤３には、赤外線加熱管４に近い側の外表面に赤外線反射膜又はメッキ層５で覆われる。回転フレーム２には、回転フレーム２及び断熱盤３と同軸心の円周面に径方向に沿って複数の染色カップ６が設けられる。染色カップ６は、超臨界流体無水染色の試作用カップであり、その本体形状、及びそれに接続される高圧配管、バルブ、センサなどの付属部材の接続態様や位置は限定されない。赤外線加熱管４及び染色カップ６は、いずれも断熱盤３の縦断線１７に対してある基本角度の倍数で配置される。基本角度は、０°〜３６０°の範囲内の任意の角度である。試作機ケース１の前部には、断熱密閉扉１０が設けられ、試作機ケース１の左右両側には、気孔１１が設けられる。断熱密閉扉１０の内側面には、筒状断熱密閉用止め輪１２が設けられる。回転フレーム２の外径が筒状断熱密閉用止め輪１２の内径よりも小さく、筒状断熱密閉用止め輪１２の外径が断熱盤３の外径よりも小さい。断熱密閉扉１０が閉じているときには、筒状断熱密閉用止め輪１２と断熱盤３とが加熱保温キャビティを構成し、回転フレーム２が加熱保温キャビティ内に配置される。これにより、回転フレーム２上の染色カップ６の加熱及び保温を実現する。

本発明の超臨界流体の無水染色用万能試作機は、断熱盤３の下方のエッジに設けられた空冷ユニット７をさらに含む。空冷ユニット７の吹出口は、回転フレーム２に向け、その角度が回転フレーム２の水平軸線１８に対して０°〜９０°の範囲で変化する。回転フレーム２は、同心であって経方向に沿って配置された複数の固定軸と、固定軸の中心から離れた端部に設けられた円周環とを備える。各固定軸には、染色カップ６の上下端を固定するための２つの固定クリップ８が設けられる。固定クリップ８は、金属製又は非金属製の閉鎖型又は開放型の固定クリップである。回転駆動軸９は、外力によって駆動されて、回転フレーム２及びその上に固定された染色カップ６を回転駆動する。

本発明の万能試作機の筒状断熱密閉用止め輪１２は、内支持断熱材料層と、その表面に設けられた赤外線反射膜又はメッキ層とを備える。赤外線反射膜又はメッキ層は、アルミニウム、銀反射膜及びそのメッキ層からなる群から選択される。筒状断熱密閉用止め輪１２の上端面には、断熱密閉扉１０の左側位置に監視孔１３が設けられ、監視孔１３の上方には、可動密閉透明カバーが設けられる。その直径は観察に適する必要があり、その可動密閉透明カバーの材料は、通常の耐熱性強化ガラス、高温耐性ガラス、サファイアなどであってもよい。断熱密閉扉１０の左上隅には、観察窓１４が設けられる。

本発明の試作機ケース１は、正方形のケースであり、その頂部に電気制御ボタン１５と、パラメータ設定表示窓１６とが設けられる。電気制御ボタン１５は、主電源スイッチと、回転フレーム緊急起動／停止ボタンと、速度制御及び正方向／逆方向動作調整緊急ボタンと、強制空冷ユニット緊急スイッチと、赤外線加熱管電源と、パワー選択緊急スイッチとを含む。

本発明の染色カップ６は、種類の異なる形式、異なる形状や異なる容量を有し、可搬型の織物染色、前処理又は仕上げ処理の高圧又は中低圧の容器である。

本発明の超臨界流体の無水染色用万能試作機が動作するとき、まず、定量の各被染色繊維製品のサンプル及びその必要な染料を染色カップ６に装填し、媒体タンク充填システムを用いて媒体ガス源から各染色カップ６に対して染色媒体のタンク充填を定量的に行い、完了後に染色カップ６上に配置された各遮断バルブを閉じ、各染色カップ６をガス源から切り離す。具体的なワークフローは以下の通りである。各染色カップ６の上端の固定クリップ８と染色カップ６の下端の固定クリップ８を対にして用いて、各染色カップ６を回転フレーム２の各固定軸に対称に固定する。次に、その内側表面に配置された筒状断熱密閉用止め輪１２と断熱盤３とが加熱保温キャビティを構成するように、断熱密閉扉１０を閉じる。これにより、回転フレーム２上の各染色カップ６が安定した染色昇温や保温を実現することを保証することができる。準備が完了した後、電気制御ボタン１５の主電源スイッチをオンにし、パラメータ設定表示窓１６を介して染色工程プログラム、及び回転フレーム２の回転速度やモードを設定する。そして、染色プログラムを開始し、赤外線加熱管４が各染色カップ６に対して設定された昇温速度と目標染色温度で加熱や昇温を行う。同時に、回転フレーム２は、回転駆動軸９が外力によって駆動されることにより、予め設定された回転速度やモードで動作して各染色カップ６を回転させるように駆動する。これにより、染色カップ６が均一に加熱されて昇温し、カップ内の染色流体媒体と被染色サンプルとの均一な接触を実現することができる。システムは、予め設定された染色工程に基づいて、昇温・保温染色段階を完了した後、自動的に空冷ユニット７を作動させ、予め設定された降温速度及び目標温度で各染色カップ６に対して強制的な空冷降温を行う。システムは、全ての染色試作プログラムを完了した後にシャットダウンする。その後、各染色カップ６を取り出し、特殊な分離回収洗浄システムを接続して、流体媒体と残留染料を分離して回収し、染色サンプルと染色カップ６内部の色浮き又は残留染料を洗浄する。最後に、各染色カップ６を開き、サンプルを取り出して無水染色の試作試験を完了する。上記操作を繰り返すことにより、次の超臨界流体無水染色のロットサンプルの試作を引き続き実現することが可能になる。

以上、本発明の好適な実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や交換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。

１ 試作機ケース
２ 回転フレーム
３ 断熱盤
４ 赤外線加熱管
５ 赤外線反射膜
６ 染色カップ
７ 空冷ユニット
８ 固定クリップ
９ 回転駆動軸
１０ 断熱密閉扉
１１ 気孔
１２ 筒状断熱密閉用止め輪
１３ 監視孔
１４ 観察窓
１５ 電気制御ボタン
１６ パラメータ設定表示窓
１７ 縦断線
１８ 水平軸線

Claims (10)

1. 試作機ケース（１）を含む超臨界流体の無水染色用万能試作機であって、
   前記試作機ケース（１）の内部に垂直に設けられ、同軸心上に前後に配置された回転フレーム（２）と、断熱盤（３）と、前記回転フレーム（２）と同軸心に固定接続された回転駆動軸（９）とをさらに含み、
   前記回転フレーム（２）と前記断熱盤（３）との間には、前記回転フレーム（２）と前記断熱盤（３）と同軸心の円周面に径方向に沿って配置された複数の赤外線加熱管（４）が設けられ、
   前記断熱盤（３）には、前記赤外線加熱管（４）に近い側の外表面に赤外線反射膜又はメッキ層（５）で覆われ、
   前記回転フレーム（２）には、前記回転フレーム（２）及び前記断熱盤（３）と同軸心の円周面に径方向に沿って複数の染色カップ（６）が設けられ、
   前記赤外線加熱管（４）及び前記染色カップ（６）は、いずれも前記断熱盤（３）の縦断線（１７）に対してある基本角度の倍数で配置され、
   前記試作機ケース（１）は、その前部に断熱密閉扉（１０）が設けられ、その左右両側に気孔（１１）が設けられ、
   前記断熱密閉扉（１０）の内側面には、筒状断熱密閉用止め輪（１２）が設けられ、前記回転フレーム（２）の外径が前記筒状断熱密閉用止め輪（１２）の内径よりも小さく、前記筒状断熱密閉用止め輪（１２）の外径が前記断熱盤（３）の外径よりも小さく、
   前記断熱密閉扉（１０）が閉じているときには、前記筒状断熱密閉用止め輪（１２）と前記断熱盤（３）とが加熱保温キャビティを構成し、前記回転フレーム（２）が前記加熱保温キャビティ内に配置されることを特徴とする超臨界流体の無水染色用万能試作機。
2. 前記断熱盤（３）の下方のエッジに設けられた空冷ユニット（７）をさらに含み、
   前記空冷ユニット（７）の吹出口は、前記回転フレーム（２）に向け、その角度が前記回転フレーム（２）の水平軸線（１８）に対して０°〜９０°の範囲で変化することを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
3. 前記回転フレーム（２）は、同心であって経方向に沿って配置された複数の固定軸と、当該固定軸の中心から離れた端部に設けられた円周環とを備え、
   各前記固定軸には、前記染色カップ（６）の上下端を固定するための２つの固定クリップ（８）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
4. 前記筒状断熱密閉用止め輪（１２）の上端面には、前記断熱密閉扉（１０）の左側位置に監視孔（１３）が設けられ、
   前記監視孔（１３）の上方には、可動密閉透明カバーが設けられることを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
5. 前記断熱密閉扉（１０）の左上隅には、観察窓（１４）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
6. 前記試作機ケース（１）は、前記断熱密閉扉（１０）が設けられる前記前部の形状が矩形のケースであり、その頂部に電気制御ボタン（１５）と、パラメータ設定表示窓（１６）とが設けられ、
   前記電気制御ボタン（１５）は、主電源スイッチと、回転フレーム緊急起動／停止ボタンと、速度制御及び正方向／逆方向動作調整緊急ボタンと、強制空冷ユニット緊急スイッチと、赤外線加熱管電源と、パワー選択緊急スイッチとを含むことを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
7. 前記基本角度は、０°〜３６０°の範囲内の任意の角度であることを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
8. 前記筒状断熱密閉用止め輪（１２）は、内支持断熱材料層と、その表面に設けられた赤外線反射膜又はメッキ層とを備えることを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
9. 赤外線反射膜又はメッキ層は、アルミニウム、銀反射膜及びそのメッキ層からなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は請求項８のいずれか１項に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。
10. 前記染色カップ（６）は、種類の異なる形式、異なる形状や異なる容量を有し、可搬型の織物染色、前処理又は仕上げ処理の高圧用又は中低圧用の容器であることを特徴とする請求項１に記載の超臨界流体の無水染色用万能試作機。