TWM601255U - 一種超音波振盪之染料化料系統 - Google Patents

Abstract

本創作係為一種超音波振盪之染料化料系統，其系統主要特點包括：一化料單元，用以供染粉與水混合成染劑之空間；一超音波攪拌單元，設置於該化料缸外，且其內設置超音波振動裝置，用以提供輸入振盪能量於此攪拌缸空間內，並將溶解染料之顆粒擊碎；一染料溶解之循環管路，用以連接該化料缸與該超音波攪拌缸，藉此使染料溶液得以從該化料缸輸送到該超音波攪拌缸，並經超音波振盪空穴效應使染粉充分溶解後再回到該化料缸；及至少一組清潔管路，用以連接清潔水源並進入該化料單元與該超音波攪拌單元，以進行清洗殘留循環管路及容器壁之染劑。前述系統構造主要操作程序包括：一染料化料程序，以使染料混合溶液往復流動循環，使該化料缸內之溶液充分被超音波振盪溶解，進而提升染劑之均勻性與溶解度；及一系統清潔程序，以清潔該化料單元、該超音波攪拌單元及該循環管路，使染料化料系統在下一個染料化料作業過程中，其溶液不會受到當前殘留染料的汙染。

Description

一種超音波振盪之染料化料系統

本創作係涉及應用於染整紡織業之染料化料設備技術領域，為一種新型之染料溶解系統與其染料化料、系統清潔之操作程序。除了主要混合染料溶液的容器，其外部設置一超音波振盪裝置並以循環管路連結主要染料容器，再應用超音波振盪溶解原理來提升染料之溶解速率，進而提升染劑均勻性。

習知的染料化料系統是由化料缸內置攪拌機構和泵浦輸送管路，其中輸送管路包括注水管路與染劑輸送管路構成。操作時首先將化料缸內加入助化劑與一定量的溫水，啟動攪拌機構再倒入染料，經由一定的時間攪拌後染料就會溶解於水。習知技術之缺點在於粉末倒入水裡會結成塊，經常導致攪拌不均勻，難以將結成塊狀的染料溶解於水，塊狀染料會導致染劑分佈不均勻，進而在染布時候出現色點直接影響到布料的品質；另外，化料機內結成塊的粉末也容易堵塞輸送管路與控制閥裝置，造成維護不易並直接影響輸出到下游染色機的正常使用。

本創作之主要目的，係為提供一種超音波振盪之染料化料系 統及其操作方法，其所欲解決之問題點，係針對如何研發出一種更具實用性之新型染料化料設備為目標，加以改良並突破技術瓶頸。

本創作解決之技術特點，主要在於染料化料系統及其操作方法包括：一化料單元，呈圓柱體之開放式容器，用以供染粉與水混合成染劑之空間；一超音波攪拌單元，設置於該化料單元外且呈圓柱體之封閉容器，其內設置超音波振動裝置，用以調整並提供輸入振盪能量於此攪拌單元容器內，並將溶解染料之顆粒擊碎；一溶解染料之循環系統，用以連接該化料單元與該超音波攪拌單元，藉此使染料溶液得以從該化料單元輸送到該超音波攪拌單元，並形成一迴路可使該化料單元內之溶液通過該超音波攪拌單元後再回到該化料單元，經過循環系統之往復流動而使該化料單元內之所有溶液流過該超音波攪拌單元，促使染料透過充分振盪攪拌而提升染劑之均勻性與溶解度。本創作之獨特新式設計對照先前技術而言，主要是能夠提供一種採用超音波振盪方式，並往復將化料單元內溶液藉由輸送循環至小容積且高效能之攪拌單元，充分將未溶解之染粉顆粒給予震波能量擊碎，能於一定時間內提升化料溶液(亦稱之為染劑)之均勻性，此設備結構能提升染劑品質且不需要額外增加水量與水溫，兼具產業經濟效益與實用進步性。

本創作之另一目的，乃是以有限度之成本建構適當之超音波振盪器，並配合振盪器最大可處理的容積研發此超音波攪拌槽，藉由20kHz以上的振盪空化效應造成氣泡產生和爆破產生微射流，進而將液體中較大之固體顆粒擊碎至最小4微米以下的微粒徑，使溶液中的染粉完全溶解。此外，亦可針對不同染料溶解之難易程度來調整超音波能量輸出，以達到化 料效率與完全溶解的結果。

本創作之另一目的，乃為建構一循環管路將化料缸(一般中型容積約200升不等)之溶液輸送至超音波攪拌缸內，由於未溶解顆粒懸浮或沉澱在化料缸下方，因此設計為以化料缸之底部排放口經由馬達將混合溶液抽送至攪拌缸內，再沿化料缸體柱面切線方向之攪拌循環出口進入化料缸內，並刻意形成渦流使流體擾動充分混合，透過控制器來驅動水泵馬達之設定循環次數與流速來促進化料系統的作業效能。

本創作之另一目的，設計化料缸體與超音波攪拌缸體的機構形狀，使其底部具有錐形特性之缸底設計，此構造能促成底部渦流並有助於混合攪拌，且此結構有利於清洗，殘留染劑可避免因溶解微粒沉澱於缸底平面上而無法從出水口排出的困難。

以上所述技術手段及其產生效能的具體實施細節，請參照下列實施例及圖式之說明。

10:化料缸

10a:攪拌循環起始水位

11:染粉入料漏斗

12:熱水入口

13:冷水入口

14:熱水入口閥

15:冷水入口閥

16:廢水排水閥

17:染劑輸送閥

18:廢水排水口

19:染劑輸出口

20b:超音波振盪起始水位

21:超音波振盪器

22:超音波攪拌缸

23:攪拌缸出口

24:攪拌缸入口

25:攪拌缸熱水入口

31:攪拌缸清洗閥

32:攪拌缸清洗出口

33:超音波攪拌循環出口

34:攪拌缸底入口閥

35:攪拌缸排水閥

40:循環泵浦

41:注水泵浦

42:噴嘴出水閥

43:噴嘴

51:PLC系統控制器

52:超音波振盪驅動器

附圖用來提供對本實用新型的進一步瞭解，並構成說明書的一部分，其實施例為實用新型設計但新型申請不受該實施例限制。

【圖1】為本創作之代表實施例的組成示意圖。

【圖2】為上述該實施例中超音波攪裝置及其循環管路示意圖。

【圖3】為上述該實施例中超音波攪拌缸之較佳構造示意圖。

【圖4】為本創作之另一完整實施例的組成示意圖。

【圖5】為本創作之另一完整實施例的構造設計圖。

【圖6】為上述該實施例中染料化料流程圖。

【圖7】為上述該完整實施例中化料缸與攪拌缸清洗流程圖。

請參閱圖1，係本創作一種超音波振盪之染料化料系統之具代表性之實施方式，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制。所述之超音波振盪之染料化料系統，係專供各式染料如反應性染料、分散性染料、酸性染料等類性之染料化料設備用途。下面藉由附圖實施例對本實用新型之設備組成作進一步詳細闡述。

如圖1所示：一種超音波振盪之染料化料系統，包括具有染粉入料漏斗11、熱水入口12、冷水入口13和染劑輸出口19的化料缸10。化料缸10外部設置一超音波攪拌裝置並以循環管路連接。該超音波攪拌裝置主要構造為超音波振盪器21與超音波攪拌缸22，該裝置內溶液循環進入係透過一化料缸10排水閥門16之切換，使得染料溶液從攪拌缸底部入口34進入超音波攪拌缸22內，由下而上充滿容器後並經過振盪溶解，染料溶液再從攪拌循環出口33回流至化料缸10內。

如圖2所示：為本實用新型的超音波攪裝置及其循環管路示意圖，染料化料作用主要在超音波攪拌裝置內進行，並以循環泵浦40及循環管路將化料缸10內預先混合之溶夜抽送超音波攪拌裝置容器內，該裝置構造係為一超音波振盪器21與超音波超音波攪拌缸22，搭配適當位置之攪拌缸入口24、攪拌缸出口23位置，以促成所有流經該超音波振盪器21的溶液都能充分被超音波振盪產生之氣泡震波撞擊來達成充分攪拌目的。超音波振盪裝置的攪拌缸22容積比化料缸10容積小，約為十分之一，搭配在攪 拌缸內之循環出入口配置，此構造以垂直方式安裝，並有獨立的超音波振盪器21與驅動器52連接至系統PLC控制器51，以進行化料攪拌之程序控制。超音波攪拌缸22之容積大小、攪拌缸入口24流速之快慢及超音波振盪器21之驅動功率與最大功率，都是需要互相匹配的設計參數。外接式的超音波攪拌裝置架構相對能以較小的超音波振盪功率提升整個化料缸10內染料溶液之溶解效率與均勻性，因此新型設計具備了進步性與實用性。

上述之代表實施例中，超音波攪拌裝置具有以超音波振盪器21進行化料溶解功能：當該染料化料系統連續進行不同染料化料程序，此超音波攪拌裝置能藉由超音波振盪功能在下一個染料化料溶解程序前先進行超音波超音波攪拌缸22之超音波清潔。又為了避免殘餘染料殘留於攪拌缸內之底部或角落，圖3所示之超音波攪拌缸22a為本創作提出之改良設計示意圖，其特點為錐形底部結構，該新型結構之目的為用以避免殘餘染料之沉澱導致異色染料間的汙染。

藉由上述結構組成設計，茲就本創作內容之實際運轉情形說明如下：請參閱另一完整實施例如圖4架構示意圖、圖5詳細構造圖，當染粉入料程序啟動時，冷水與熱水便分別由冷水入口13、熱水入口12注入化料缸10內，經由水溫設定決定搭配熱水入口閥14與冷水入口閥15控制各進入水量，此時預先設定浴比(即染粉質量與水的質量比)之染粉量同時從染料入料漏斗11倒入化料缸10中，當化料缸內液面高度上升至設定之攪拌循環水位10a，系統控制器便啟動攪拌循環管路的運行，化料缸10的混合溶液進入超音波攪拌缸22內，此時該攪拌缸內的水位逐步升高，當液面到達 超音波振盪起始水位20b時，即開始進行超音波振盪攪拌程序。

上述之超音波振盪器21係由一驅動器52給予輸入振動頻率與電壓，該功率控制器可將系統所需之輸出功率範圍預先加以設定或調整。為控制化料攪拌之效果，該超音波振盪器21之運轉時間，可搭配系統控制器51來驅動泵浦40決定攪拌缸入口24與底部入口閥門34之流速與化料缸10內的溶液總體積被循環的次數；進一步地，為控制並提升不同染粉顆粒與染粉類型所存在溶解能力差異，可調整超音波振盪器21之輸出能量，產生足夠氣泡衝擊能量以達到均勻攪拌結果。如圖4中在化料缸10側與攪拌循環管路的銜接設計中，化料缸底部與攪拌循環出口33有一個液面高低差，藉以使易沉積於下方之尚未完全溶解之染粉顆粒導流入超音波攪拌缸22內以提高化料作業效率；同時位於高液面之攪拌循環出口33之水流方向，藉由設置使其沿著該液面之圓柱形缸壁之切線方向，造成化料缸10內的水渦流，使染料混合溶液減少底部沉澱而懸浮於溶液之中。該系統運行一段設定的振盪攪拌與循環時間後，即完成化料缸10內染劑的攪拌工作；再將染劑輸送閥17打開，即可將已完全溶解之染劑經由染劑輸送出口19送出至下游染料機或分裝至染料桶內。綜如所述，即完成該超音波振盪之染料化料系統之單一染料化料與排放作業。

當超音波振盪之染料化料系統需連續處理不同顏色或不同類型之染料化料作業時，首先要進行前一個染劑殘餘的清潔程序。此清潔方法可以分兩個子程序來運行：化料缸清潔及超音波攪拌缸清潔。如圖4之完整實施例之示意圖，化料缸清潔所需之清潔水會經由噴嘴出水閥14開啟從噴嘴12的注入化料缸10並進行其圓柱缸壁面的全週沖刷清洗，沖刷缸 壁後之廢水會透過廢水排水口18排出。

超音波攪拌缸清潔程序啟動時，首先開啟攪拌缸清洗閥31使清潔水從攪拌缸熱水入口25進入，當超音波攪拌缸22之液面高於攪拌循環水位20b，就啟動超音波振盪器進行攪拌缸的自體清潔，當超音波攪拌缸22水位滿溢時會經由攪拌缸出口23、攪拌循環出口33進入化料缸10內。此外，藉由超音波震波原理將該超音波攪拌缸22壁上及其底部的殘留染劑充分洗淨，經過大約3~5分鐘可完成此清潔程序，此時開啟攪拌缸排水閥35使超音波攪拌缸22內的清洗液流入化料缸10內，並透過廢水排水口18排出，即完成清潔程序。

在圖4與圖5之另一完整實施例中，其系統操作流程至少包含下列兩個部分：染料化料程序(如圖6所示)，與系統清潔程序(如圖7所示)。

染料化料程序：影響此程序之時間與運作效能的主要因子為染料的種類、染劑所需的浴比(即染粉質量與水的質量比)與溶解的水溫度。步驟S11在化料缸10注入所需要的水量與染粉質量後，有別於以往之機械式的攪拌，混合溶液必須輸送至外接超音波攪拌裝置，此時系統感測器進入步驟S12進行溶液溫度與水位偵測監測。當水位達到設定值後，即刻進入步驟S13啟動循環泵浦40與汲取化料缸10的溶液，並啟動超音波振盪器21及其驅動器52，同時調節輸出功率，給予適當的振福及頻率20KH以上的振波傳遞到超音波攪拌缸22。由於強功率及振福之產生，導致在液體中激發出空化效應產生大量的氣泡，可將該槽內未溶解的染粉顆粒擊碎至粒徑最小達4微米，並促進固體染粉與水溶液的充分混合。

上述系統中，化料缸10的實際容積與超音波超音波攪拌缸22 的填滿容積呈倍數差異。在步驟S14設定系統運轉時間參數，至少須完成一個化料缸容積量能循環通過超音波超音波攪拌缸22，在較佳實施之程序方法中，一般會於步驟S14設定化料缸10內至少1.5~2倍實際液體量之循環所需的時間，而此步驟的實際運轉時間關係著超音波振盪器21的輸出能量與循環泵浦40的輸送流速，這些變數可透過超音波振盪驅動器52及PLC系統控制器51的參數設定到最適條件。當所有循環攪拌完成後，即關閉循環泵浦40與攪拌缸排水閥門35，進入步驟S15開啟染劑輸送閥17將化料完成之染劑輸送到下游。

系統清潔程序：影響此程序之時間與運作效能的主要因子為清潔水量與溫度。當完成上述染料化料程序時，此時化料缸10之容器壁與超音波攪拌裝置及其循環管路、染劑輸送管路中仍有少許殘留的染劑。首先進行化料缸清潔：步驟S21啟動噴嘴出水閥42與清洗噴嘴43並讓染劑輸送閥17維持關閉，讓噴嘴43進行化料缸10全周缸壁無死角的旋轉噴灑，以使沖刷缸壁後的水經由廢水排水閥16與廢水排水口18排出，大約進行5~10分鐘噴灑後，關閉廢水排水閥16。

其次，步驟22：進行循環管路的清潔，此時缸壁應為清潔狀態，將清潔水從冷水入口13與熱水入口12進入化料缸10內，當水位超過循環液面高度10a時候，啟動循環管路將清潔水從攪拌缸底部入口閥34進入超音波攪拌缸22，再經由攪拌缸出口23、超音波攪拌循環出口33，持續5~10分鐘循環可有效清潔循環管路。當步驟S22無法確保超音波攪拌缸22的潔淨，此時系統可輔以超音波振盪自體清潔方法來清除超音波攪拌缸22內的殘留染劑。

步驟S23進行超音波攪拌裝置的清潔：先開啟攪拌缸清洗閥31，從攪拌缸熱水來源入口25持續注入清潔水，水位填滿攪拌缸後持續注入之清潔水會從攪拌循環出口33流回化料缸10，同時清潔該管路大約30秒後關閉超音波清洗閥31，接續啟動超音波振盪器21大約30~60秒後完成自體清潔。上述系統清潔程序步驟反覆進行1~2次達到潔淨目的而停止。

步驟24進行輸送染料管路清潔：開啟攪拌缸排水閥35將超音波攪拌缸22內剩餘的清洗廢水輸送到化料缸10內，同時也開啟染劑輸送閥17，化料缸10內少量較清潔之廢水通過染劑輸出口19排出並使染料輸送管路潔淨。

茲將本創作功效增進之事實說明如下：本創作所揭「一種超音波振盪之染料化料系統」主要藉由所述之化料缸、超音波攪拌裝置、攪拌循環管路、清潔水輸送管路與廢液排放管路之結構設計及控制泵浦、入水閥及出水閥的作動程序完成新型之系統設計。藉由超音波振動在液體中激發的空化效應，產生大量氣泡形成微射流，進而將液體中較大之染粉顆粒擊碎，使染粉更加充分在水中溶解，進而對染料化料品質提升也提高設備之運轉效率。在前述圖4與圖5之完整實施例也有別於傳統之化料設備中攪拌棒有潔淨死角之缺點，能改良攪拌容器結構並搭配潔淨管路配置，進行超音波振盪槽自體清潔的功能，並在該實施例中搭配化料缸體的水霧噴頭、排水管路與閥門的作動程序，徹底清潔化料缸及對應之染劑輸送管路，達成無死角的清潔效能。透過本創作之結構設計與程序，確實可以增進染料化料設備效率、染劑均勻性及滿足無汙染之少量多樣染料溶解的需求，極具產業實用性與經濟效益。

綜上所述，已詳加揭示本創作的技術結構及可供實施的實用性，但本創作之技術並不侷限於此，舉凡依據上述以及後述申請專利範圍等內容而作出簡略修飾的等效技術，均應隸屬於本新型創作之應用範疇，併予陳明。

10:化料缸

11:染粉入料漏斗

12:熱水入口

13:冷水入口

14:熱水入口閥

15:冷水入口閥

16:廢水排水閥

17:染劑輸送閥

18:廢水排水口

19:染劑輸出口

21:超音波振盪器

22:超音波攪拌缸

31:攪拌缸清洗閥

32:攪拌缸清洗出口

33:超音波攪拌循環出口

34:攪拌缸底入口閥

35:攪拌缸排水閥

40:循環泵浦

51:系統PLC控制箱

52:超音波振盪驅動器

Claims (8)

1. 一種超音波振盪之染料化料系統，係專供染料溶解之用途，其組成構造至少包括：一化料單元，呈圓柱形之容器，以供容裝染粉與溶解液；一超音波攪拌單元，置於該化料容器外之獨立且封閉式容器，其內安置超音波振盪器，該振盪器為一換能裝置將電能轉換為超音波頻率之機械振動，並有一段機械結構被安置入此單元之容器內；一攪拌循環管路，用以將化料單元中之混合溶液輸送到該超音波攪拌單元內，再將振盪攪拌過的溶液輸送至該化料單元內，該攪拌循環管路設置有入水閥與出水閥，並與系統之控制器連結以進行程序控制；一化料單元之輸送管路，該管路中設置有出水閥出水口，並藉由該閥門控制，可將該化料單元內之溶液經由出水口輸送到下游或進入分裝桶；一攪拌單元之清潔管路，用以將清潔液注入該超音波攪拌單元內，並使清潔液經過該攪拌單元內之超音波振盪後，進行容器壁的清潔後排出該攪拌單元之清潔廢液，此攪拌單元清潔管路設置有入水閥與出水閥，並與系統之控制器連結以進行程序控制；及一化料單元之清潔管路，用以將清潔液注入該化料單元內，使注入清潔液沖洗化料單元容器壁後，讓化料單元內之清潔廢液經由此清潔管路排出該化料單元外，該化料單元之清潔管路設置有入水閥與入水口、出水閥與出水口，並與系統之控制器連結以進行程序控制；藉此，可將該化料單元之染料溶解液循環輸送至超音波振盪攪拌單元 內，並完成化料後的輸送作業及清潔作業。
2. 如請求項1所述之一種超音波振盪之染料化料系統，其中之超音波攪拌單元振盪器設置方式為垂直或水平方向安置於該單元之容器內。
3. 如請求項1所述之一種超音波振盪之染料化料系統，其中之超音波攪拌單元容器體積較該化料單元體積為小，以降低超音波振盪器之功率並搭配循環方式提升攪拌效能，且該攪拌單元之容器可為圓柱狀體或是多面柱狀體。
4. 如請求項1所述之一種超音波振盪之染料化料系統，其中之超音波攪拌單元容器之底部，其構造為錐狀結構以提升超音波攪拌單元的清潔效能，該結構具體為一圓椎體或多面形立方錐體。
5. 如請求項1所述之一種超音波振盪之染料化料系統，其中之超音波攪拌單元設置有一獨立且不與化料單元相連接之清潔液入口與廢液出口。
6. 如請求項1所述之一種超音波振盪之染料化料系統，其中之化料單元可與一個或一個以上之該超音波攪拌單元相連接。
7. 如請求項1所述之一種超音波振盪之染料化料系統，其中之化料單元之清潔管路設置一個或一個以上之清洗噴頭，且該清洗噴頭置於該化料單元內。
8. 如請求項1所述之一種超音波振盪之染料化料系統，其中之化料單元清潔管路所設置清洗噴頭，其功能具水壓驅動後噴頭產生水平面360度旋轉，且該噴頭之清洗水柱方向可擴及垂直面上至少 120度，以利該化料單元或該化料裝置的容器壁之水柱沖刷清潔。

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