KR20000016662A - 이산화탄소 세정 시스템에서 사용하기 위한 용매 재공급 방법 - Google Patents

이산화탄소 세정 시스템에서 사용하기 위한 용매 재공급 방법 Download PDF

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KR20000016662A
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시드니 차오
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글렌 에이치. 렌젠, 주니어
레이티언 캄파니
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Abstract

본 발명은 액체 이산화탄소 드라이 클리닝 시스템 (10) 또는 다른 농축상 이산화탄소 세정 시스템에서의 액체 이산화탄소 용매 (12a)의 보충 방법 (40)을 제공한다. 본 방법은 보충 비축물로서 드라이 아이스 또는 고체 이산화탄소를 사용함으로써 수송, 저장 및 취급 비용을 감소시킨다. 본 방법에서는 세정 사이클 후 세정 챔버 내에 고체 이산화탄소 블록을 배치한다 (42). 액체 이산화탄소 용매를 비등시키고 (45) 이 용매를 사용하여 고체 이산화탄소 블록을 용해시킨다 (46). 고체 이산화탄소 블록을 용해시킴으로써 생성시킨 액체 이산화탄소 용매는 액체 이산화탄소 용매를 보충하기 위하여 세정 챔버로부터 저장 탱크 내로 펌핑한다 (47).

Description

이산화탄소 세정 시스템에서 사용하기 위한 용매 재공급 방법
본 발명은 일반적으로 세정 시스템에서 사용하기 위한 용매 보충 방법, 더 특별하게는 용매로서 농축상 이산화탄소를 사용하는 세정 시스템에서 사용하기 위한 용매 보충 방법에 관한 것이다.
탈지 또는 세정에 사용되는 통상의 모든 유기 용매는 현재 건강 및 안전성을 위태롭게 하거나 또는 환경에 해롭다. 예를 들어 1,1,1-트리클로로에탄은 오존층을 고갈시키고, 퍼클로로에틸렌은 발암물질로 의심되고 있는 반면 석유 기재 용매는 가연성이고 스모그를 발생시킨다.
이산화탄소는 무독성의 비가연성인, 싸고 무한한 천연 자원인데, 스모그를 발생시키거나 오존층을 고갈시키지 않는다. 이산화탄소는 그의 농축상 형태 (액체 및 초임계 모두)에서 탄화수소 용매의 전형적인 용매화 특성을 나타낸다. 이산화탄소는 지방 및 오일을 위한 우수한 용매이고, 직물을 손상시키거나 일반적인 다이를 용해시키지 않는다. 상기와 같이 이산화탄소는 일반적인 부품/기재 탈지 또는 직물 및 가먼트 세정용으로 유효하게 사용될 수 있는 환경 친화적인 용매이다.
부품 세정 및(또는) 탈지, 또는 가먼트 드라이 클리닝 모두에 있어서 세정 용매로서 농축상 이산화탄소 (액체 및 초임계)를 사용하는 세정 장치 또는 방법을 공개하는 다수의 특허가 허여되었다. 상기 특허 중 몇몇은 미국 특허 제4,012,194호, 동 제5,267,455호 및 동 제5,467,492호이다. 상기 특허 모두에는 직물 및 가먼트용의 세정 매질로서의 액체 이산화탄소의 용도가 공개되어 있다. 미국 특허 제5,339,844호, 동 제5,316,591호, 및 동 제5,456,759호는 세정 매질로서 액체 이산화탄소를 사용하는 부품 세정 및(또는) 탈지를 다루고 있다. 미국 특허 제5,013,366호 및 동 제5,068,040호에는 농축상 이산화탄소를 사용한 상 변이를 통한 세정 방법, 및 초임계 이산화탄소를 사용한 세정 및 살균이 공개되어 있다.
전형적인 액체 이산화탄소 가먼트 드라이 클리닝 시스템의 예는 본 발명의 양수인에게 양도된, 1995년 11월 21일에 특허된 미국 특허 제5,467,492호에 공개되어 있다. 상기 액체 이산화탄소 드라이 클리닝 시스템은 내부에 다공 세정 바스켓이 갖추어진, 세정할 세탁물을 포함하는 벽이 있는 세정 용기, 세정 용기에 액체 이산화탄소를 공급하는 저장기, 다공 바스켓 내에서 가먼트 세탁물을 교반시키는, 벽이 있는 세정 용기 내에서 액체 이산화탄소를 교반시키기 위한 장치를 포함한다. 세정 사이클 후의 유체로부터의 오염물의 분리 수단 및 용매의 회수 수단과 함께, 미리 조절된 온도 및 압력 처리 매개 변수들을 유지하기 위하여 온도 및 압력 조절의 수단이 제공되어 있다.
그러나, 상기 종래 기술의 특허들 중 어느 것도 이산화탄소 용매의 보충 비용과 관련한 문제점은 다루지 않는다. 상기 비용은 농축상 이산화탄소 세정 시스템의 작동 비용의 주요 요소인데, 이는 압축 기체의 수송, 저장 및 취급에 있어서의 비용이 매우 비싸기 때문이다.
따라서 본 발명의 목적은 상기 농축상 이산화탄소 세정 시스템에 있어서의 액체 이산화탄소 용매의 개선된 보충 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 목적 및 다른 목적을 충족시키기 위하여 본 발명은 농축상 이산화탄소 세정 시스템에 있어서의 액체 이산화탄소 용매의 보충 방법을 제공한다. 본 발명은 세정 챔버, 액체 이산화탄소 용매를 포함하는 저장 탱크, 세정 용매를 세정 챔버 내로 도입하기 위한 펌프 (또는 다른 수단), 세정 유체로부터 용해된 오물 또는 분산된 오물을 제거하기 위한 수단인 분리기 또는 증류기, 냉각기/응축기 및 온도 및 압력 조절을 위하여 제공되는 증류기 내의 가열기, 및 기체 이산화탄소 회수를 위한 임의의 기체 회수 응축기로 이루어진 농축상 이산화탄소 세정 시스템과 함께 사용될 수 있다.
본 발명은 세정 사이클 후 세정 챔버 내에 배치되어 있는 고체 이산화탄소 블록 (드라이 아이스)을 사용한다. 세정 챔버는 문을 닫음으로써 폐쇄시키고 예정된 시간 동안 대기로 배기되게 한다. 고체 이산화탄소가 승화함에 따라 생성된 기체 이산화탄소는 세정 챔버로부터 공기가 방출되게 한다. 이어서 세정 챔버는 (보급 라인을 통하여 액체 면 상에서 저장 탱크에 연결된) 증류기에 개봉된다. 증류기 내의 가열기를 켜고 기체 이산화탄소를 비등시켜 제거한다. 따뜻한 기체 이산화탄소는 고체 이산화탄소 블록 (드라이 아이스)을 용해시키고 생성된 액체 이산화탄소의 온도는 서서히 조정된 지점까지 상승한다. 이 때에 증류기 내의 가열기를 끄고 주 펌프를 활성화시키고, 액체 이산화탄소를 세정 챔버로부터 저장 탱크로 다시 펌프한다. 챔버 내에 남아있는 기체 이산화탄소도 또한 기체 압축기를 사용하여 저장 탱크 내로 다시 회수할 수 있다.
본 방법을 사용하여 드라이 아이스를 사용하는 농축상 이산화탄소 세정 방법을 사용하는 시스템에서 손실된 이산화탄소 용매를 보충할 수 있다. 보급물인 드라이 아이스는 또한 임의의 첨가제, 예를 들어 계면활성제, 정전기 제거 화합물 또는 적당한 데서 (예를 들어 가먼트 드라이 클리닝에서) 탈취제를 포함할 수 있다. 본 재공급 방법은 경제적으로 잇점이 있는데, 이는 용매를 그의 액체 형태로 수송 및 재공급하는 데에는 값비싼 고압 강철 밀폐물 및 성가신 배급 시스템이 필요하기 때문이다.
본 방법은 일반적으로 농축상 이산화탄소 세정 시스템의 작동 비용 및 공정을 감소시키고, 구체적으로는 미국 특허 제5,467,492호에 기술되어 있는 액체 이산화탄소 가먼트 드라이 클리닝 방법의 비용을 감소시킨다. 본 방법을 사용할 경우 이산화탄소 용매의 저장 비용, 용매의 수송 비용 및 용매의 취급 비용에 있어서의 감소 때문에 절약이 된다.
본 발명의 다양한 특징 및 잇점은 참고 번호가 구조적 요소를 나타내고,
도 1이 본 발명의 원리에 따른 방법을 사용하여 액체 이산화탄소 용매가 보충될 수 있는 액체 이산화탄소 드라이 클리닝 시스템을 나타내고,
도 2가 본 발명의 원리에 따른 액체 이산화탄소 용매의 보충 방법을 나타내는 흐름도인 첨부된 도면과 함께 하기 상세한 설명을 참고로 하여 더 쉽게 이해될 수 있다.
도면을 언급함에 있어서, 도 1은 본 발명의 원리에 따라 방법 40 (도 2)을 사용하여 액체 이산화탄소 용매가 보충될 수 있는 폐쇄 루프의 액체 이산화탄소 세정 시스템 10의 예를 나타낸다. 도 2는 본 발명을 사용할 수 있는 이산화탄소 세정 시스템 10의 한 실시 형태를 나타내고 단지 본 발명에 의해 제공되는 용매 재공급 방법을 예시하기 위하여 제시한다. 따라서 본 발명은 도 1에 나타낸 구체적인 시스템 10만을 사용하는 것에 한정되지 않는다.
전형적인 액체 이산화탄소 드라이 클리닝 시스템 10에는 세정할 가먼트 11a의 세탁물을 수용하는 다공 바스켓이 수용된 문 또는 뚜껑 (나타내지 않음)이 갖추어진 세정 챔버 11 또는 가압가능한 용기 11이 갖추어져 있다. 액체 이산화탄소 용매 12a를 보유하는 저장 탱크 12는 삼방향 펌프 입구 밸브 21에 의해 세정 챔버 11에 액체 이산화탄소 용매 12a를 공급하는 펌프 13에 연결되어 있다. 펌프 13의 배출구는 삼방향 밸브 22에 의해 세정 챔버 11에서 노즐 분기관 11b에 부착된 세정 챔버 입구 밸브 23에 연결되어 있다.
세정 챔버 11의 제1 배출구 11c는 린트 트랩 (14)에 의해 린트 트랩 밸브 24의 제1 투입구에 연결되어 있다. 세정 챔버 11의 제2 배출구 11d는 펌프 입구 밸브 21의 제2 투입구에 연결되어 있다. 린트 트랩 밸브 24의 배출구는 액체 이산화탄소 용매 12a를 여과시키는 필터 15에 연결되어 있다. 필터 15의 배출구는 응축기 16을 통하여 펌프 밸브 21의 투입구에 연결되어 있다. 저장 탱크 12의 배출구도 또한 펌프 밸브 21의 투입구에 연결되어 있다. 냉각기 시스템 17은 응축기 16에 연결되어 있고 응축기 16에 연결된, 냉매의 양을 조절하기 위한 응축기 밸브 25가 갖추어져 있다.
세정 챔버 11은 응축기 밸브 26에 의해 기체 이산화탄소 용매 12b를 그의 액체 상태로 압축시키고 압축 기체 이산화탄소 12a를 체크 밸브 35를 통하여 응축기 16 및 다시 저장 탱크 12로 연결시키는데 사용되는 기체 회수 응축기 18에 연결되어 있다. 기체 헤드 밸브 27은 세정 챔버 11로부터 증류기 19로 기체 이산화탄소 12b를 연결 제거하는데 사용된다. 기체 헤드 밸브 27을 통하여 연결되는 기체 이산화탄소 12b는 또한 응축기 밸브 28에 의해 응축기 16에 연결된다.
저장 탱크 12로부터의 액체 용매 12a는 밸브 31을 통하여 증류기 19에 공급된다. 도 2를 참조로 하여 하기에 기술되는 바와 같이 증류기 19의 가열기 19a를 사용하여 본 방법 40에 사용되는 세정 챔버 11에 배치된 이산화탄소 드라이 아이스의 고체 블록을 용해시키는 액체 이산화탄소의 온도를 상승시킨다. 제2 드레인 밸브 32는 증류기 19에 연결되어 있고 증류 후에 남아있는 오물을 고갈시키는 데 사용된다. 배기 밸브 33은 하기에 논의되는 바와 같이 세정 챔버 11의 배출구에 연결되어 있고 세정 챔버 11의 대기로의 배기에 사용된다.
액체 순환 및 세정 사이클 동안 삼방향 밸브 21, 22, 24는 도 1에 나타낸 "a" 위치로 존재하는 반면, 액체 고갈 사이클 동안은 삼방향 밸브 21, 22, 24는 "b" 위치로 존재한다. 전형적인 세정 사이클에 있어서, 가먼트 11a의 세탁물은 세정 챔버 11 내의 다공 바스켓 내로 놓여지고, 그의 문 또는 뚜껑은 폐쇄된다. 저장 탱크 12로부터의 액체 이산화탄소 용매 12a는 펌프 13을 사용하여 세정 챔버 11 내로 펌핑된다. 이 때 재순환 루프는 선택된 밸브를 적당히 개폐시킴으로써 확립된다 (도 1에서 굵은 선으로 나타내어짐, "a" 배열로 조정된 밸브 2, 22, 24 사용). 가먼트 11a의 세탁물은 액체 이산화탄소 12a가 세정 챔버 11, 린트 트랩 14, 필터 트레인 15를 통하여 다시 세정 챔버 11로 펌프 13에 의해 재순환되는 동안 교반된다. 교반 사이클 마지막에 액상의 이산화탄소 용매 12a는 "b" 배열로 조정된 밸브 21, 22, 24가 갖추어진 펌프 13을 사용하여 저장 탱크 12 내로 다시 회수된다.
세정 사이클의 이 시점에서, 세정 챔버 11은 가먼트 11a의 세탁물 및 약 700 psi에서 기체 이산화탄소 용매 12b를 포함한다. 세정 챔버 11은 기체 압축기 18에 의해 기체 이산화탄소 용매 12b가 저장 탱크 12로 다시 회수될 때 대기압으로 감압된다. 이 때, 세정 챔버 11의 문이 개봉되고 세정된 가먼트 11a의 세탁물은 세정 챔버 11로부터 옮겨진다.
일부의 액체 이산화탄소 용매 12a는 각각의 세정 사이클 동안 손실된다. 최소한 상기 일부는 대기압에서 세정 챔버에 충만한 기체 이산화탄소 12b의 중량에 가먼트 11a의 세탁물에 의해 흡착되는 임의의 기체 이산화탄소 용매 12b의 중량을 합한 것이다. 따라서 저장 탱크 12에는 액체 이산화탄소 용매 12a가 주기적으로 보충되어 손실된 기체 이산화탄소 용매 12b를 보충해야 한다.
상업적으로 액체 이산화탄소 용매 12a는 가압 실린더에서 취급되고 수송된다. 저압의 거대한 저장 컨테이너를 제외하고는 상기 실린더는 절연되지 않으며 냉각되지 않는다. 따라서 상기와 같은 실린더에 포함된 액체 이산화탄소 용매 12a는 주위 온도이고 비교적 고압, 전형적으로는 약 850 psi에서 유지된다. 저압 (전형적으로는 200 내지 350 psi 또는 약 200 내지 350 psi)에서 액체 이산화탄소 용매 12a를 저장하기 위한 거대한 컨테이너는 절연이 우수하고 거대한 컨테이너 내의 내부 온도 및 압력을 조정 및 제한하기 위한 냉각 수단이 갖추어져 있다.
둘 모두의 경우 소비자에게 있어 액체 이산화탄소 용매 12a의 비용은 취급 비용 및 가압 컨테이너의 일수 초과료, 및 컨테이너의 선적 중량의 함수이다. 상기 외에도, 저장 탱크 12 내로의 보충 액체 이산화탄소 용매 12a의 도입 방법은 추가의 외부 펌프 (나타내지 않음)를 필요로 하여 기본 비용을 증가시킨다.
이제 도 2를 언급함에 있어서, 도 2는 본 발명의 시스템 10에서의 액체 이산화탄소 용매 12a의 보충 원리에 따른 방법 40의 일례를 나타내는 흐름도이다. 본 발명은 저장 탱크 12에 액체 이산화탄소 용매 12a를 재공급 또는 보충하는데 사용되는 고체 이산화탄소 블록, 또는 벽돌 (이들은 예를 들어 계면활성제, 정전기 제거 화합물 및(또는) 탈취제와 같은 첨가제를 또한 포함할 수 있음)을 제공한다 (41). 고체 이산화탄소 블록은 온도가 -78.5℃ (-109.3 Fo)이고 압력 억제 없이 열 절연을 사용하여 수송 및 저장되는 고체 드라이 아이스를 포함하여 전체 재공급 비용 또는 보충 비용 및 복잡성을 감소시킨다. 드라이 아이스의 고체 이산화탄소 블록은 도 2를 참고로 하여 하기에 기술되는 방식으로 세정 시스템 10 내로 도입될 수 있다.
고체 이산화탄소 블록은 전형적으로는 예를 들어 작업 순환의 마지막에 세정 챔버 11 내의 다공 바스켓 내로 놓여지며 (42) 세정 챔버 11의 문은 폐쇄된다. 배기 밸브 33을 예정된 시간 동안 개봉하고 공기는 고체 이산화탄소 블록을 승화시킴으로써 세정 챔버 11로부터 배출시키는데 (43), 이는 이산화탄소가 공기보다 무겁기 때문이다.
이어서 배기 밸브 33을 폐쇄시키고 세정 챔버 11과 증류기 19 사이의 기체 헤드 밸브 27을 세정 챔버 11을 향해 개봉한다 (44). 액체 이산화탄소 용매 12a를 비등시키는 (45) 증류기 19 내의 가열기 19a를 켠다. 비등 액체 이산화탄소를 세정 챔버 11 내로 도입하고 (46), 다시 세정 챔버 11 및 고체 이산화탄소 블록을 가열한다. 고체 이산화탄소 블록인 드라이 아이스는 용해되고 (47), 세정 챔버 11 내에서 고체에서 액체로 전환되고, 생성된 액체 이산화탄소의 온도는 상승하여 예정된 온도 (12.2℃ (54 Fo))에 도달한다. 이 때, 밸브 21, 22, 24는 "b" 위치로 전환시키고, 펌프 13은 켜며 고체 이산화탄소 블록을 용해시킴으로써 생성시킨 액체 이산화탄소 12a는 세정 챔버 11로부터 저장 탱크 12로 펌핑한다 (48). 이어서 가열기 19a를 끈다. 압축기 18을 켜고 기체 이산화탄소 12b를 저장 탱크 12 내로 재응축시킨다 (49). 이제 시스템 10은 다음 세정 사이클에 대하여 준비가 되어 있다.
방법 40은 용매 재공급 비용 및 보충 공정을 감소시킴으로써 일반적으로 농축상 이산화탄소를 사용하는 세정 시스템 10의 작동 비용을 감소시키고, 구체적으로는 예를 들어 미국 특허 제5,467,492호에 공개되어 있는 액체 이산화탄소 제트 세정 시스템의 작동 비용을 감소시킨다.
상기와 같이 액체 이산화탄소 드라이 클리닝 시스템에서 사용되는 용매의 보충 방법을 공개하였다. 기술된 실시 형태는 본 발명의 원리의 응용을 나타내는 많은 구체적인 실시 형태 중 몇몇을 단순히 예시하는 것임을 이해해야 한다. 분명하게는 당 업계의 숙련자들에 의해 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다수의 다른 설비가 쉽게 고안될 수 있다.

Claims (12)

  1. 세정 챔버 (11), 액체 이산화탄소 용매 (12a)를 포함하는 저장 탱크 (12), 저장 탱크로부터 세정 챔버로 액체 용매를 펌핑하기 위한 펌프 (13), 기체 용매 (12b)를 그의 액체 상태로 압축시키기 위한 기체 회수 압축기 (18), 기체 이산화탄소를 재응축시키기 위한 응축기 (16), 및 액체 용매를 가열하기 위한 가열기 (19a)를 포함하는 증류기 (19)가 갖추어진 액체 이산화탄소 세정 시스템 (10)에서 사용되는 용매의 보충 방법 (40)에 있어서,
    고체 이산화탄소 블록을 제공하는 단계 (41);
    고체 이산화탄소 블록을 세정 챔버 내에 배치하는 단계 (42);
    세정 챔버를 예정된 시간 동안 대기에 배기되게 하여 세정 챔버로부터 공기를 배출시키는 단계 (43);
    세정 챔버를 증류기에 배기되게 하는 단계 (44);
    비등 기체 용매를 생성시키기 위하여 증류기에서 액체 용매를 비등시키는 단계 (45);
    비등 기체 용매를 세정 챔버 내로 도입하는 단계 (46);
    증류기로부터의 비등 기체 용매를 사용하여 세정 챔버 내의 고체 이산화탄소 블록을 용해시키는 단계 (47);
    액체 용매를 보충하기 위하여 세정 챔버로부터의 용해된 이산화탄소 블록을 저장 탱크 내로 펌핑하는 단계 (48)를 특징으로 하는 용매의 보충 방법.
  2. 제1항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 정전기 제거 화합물을 포함하는 것인 방법 (40).
  3. 제1항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 계면활성제를 포함하는 것인 방법 (40).
  4. 제1항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 탈취제를 포함하는 것인 방법 (40).
  5. 제1항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 고체 드라이 아이스를 포함하는 것인 방법 (40).
  6. 세정 챔버 (11), 농축상 이산화탄소 용매 (12a)를 포함하는 저장 탱크 (12), 저장 탱크로부터 세정 챔버로 용매를 펌핑하기 위한 펌프 (13), 및 용매를 가열하기 위한 가열기 (19a)를 포함하는 증류기 (19)가 갖추어진 농축상 이산화탄소 세정 시스템 (10)에서 사용되는 용매의 보충 방법 (40)에 있어서,
    고체 이산화탄소 블록을 세정 챔버 내에 배치하는 단계 (42);
    비등 기체 용매를 생성시키기 위하여 증류기에서 농축상 용매를 비등시키는 단계 (45);
    증류기로부터의 비등 기체 용매를 사용하여 고체 이산화탄소 블록을 용해시키는 단계 (47);
    액체 용매를 보충하기 위하여 세정 챔버로부터의 용해된 이산화탄소 블록을 저장 탱크 내로 펌핑하는 단계 (48)를 특징으로 하는 용매의 보충 방법.
  7. 제6항에 있어서, 비등 단계 이전에 세정 챔버를 예정된 시간 동안 대기에 배기되게 하여 세정 챔버로부터 공기를 배출시키는 단계 (43); 및
    세정 챔버를 증류기에 배기되게 하는 단계 (44)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 (40).
  8. 제6항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 정전기 제거 화합물을 포함하는 것인 방법 (40).
  9. 제6항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 계면활성제를 포함하는 것인 방법 (40).
  10. 제6항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 탈취제를 포함하는 것인 방법 (40).
  11. 제6항에 있어서, 고체 이산화탄소 블록이 고체 드라이 아이스를 포함하는 것인 방법 (40).
  12. 세정 챔버 (11), 농축상 이산화탄소 용매 (12a)를 포함하는 저장 탱크 (12), 및 저장 탱크로부터 세정 챔버로 용매를 펌핑하기 위한 펌프 (13)가 갖추어진 농축상 이산화탄소 처리 시스템 (10)에서 사용되는 용매의 보충 방법 (40)에 있어서,
    고체 이산화탄소 블록을 세정 챔버 내에 배치하는 단계 (42);
    비등 기체 용매를 생성시키기 위하여 농축상 용매를 비등시키는 단계 (45);
    비등 기체 용매를 사용하여 고체 이산화탄소 블록을 용해시키는 단계 (47); 및
    저장 탱크의 용매를 보충하기 위하여 챔버로부터의 용해된 이산화탄소 블록을 저장 탱크로 펌핑하는 단계 (48)를 특징으로 하는 용매의 보충 방법.
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